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課題組段汶碩士研究成果發(fā)表在《Nature Communications》上
來源:李偉教授個人網(wǎng)站 發(fā)布日期:2024-08-09

近年來,太陽能驅(qū)動的光催化技術(shù)被視為是解決環(huán)境污染和能源短缺問題的前瞻性策略。其中,太陽能驅(qū)動的平板H2O-to-H2 (HTH)轉(zhuǎn)化是一項將太陽能轉(zhuǎn)換成增值化學能的新型生產(chǎn)技術(shù)。然而,由于平板反應(yīng)器中流體和氣泡的機械剪切力影響,絕大多數(shù)的常歸顆粒光催化劑在平板反應(yīng)器中難以維持穩(wěn)定的光催化性能,而且單一的光驅(qū)動催化機制對于獲得更高的催化性能顯然存在很大的局限性,不利于該項技術(shù)的實際應(yīng)用推廣。本課題組在研究中發(fā)現(xiàn),構(gòu)建穩(wěn)定的光催化薄膜可以有效解決顆粒光催化劑存在的上述不足,能夠?qū)崿F(xiàn)多場驅(qū)動下的激子分離,獲得更為高效和持久穩(wěn)定的催化性能表現(xiàn)。

本研究首先制備了一種具有快速激子轉(zhuǎn)移(CdS-to-Pt)動力學的高活性CdS@SiO2-Pt光催化劑,將其與有機鐵電PVDF復配,采用高分子的加工方法將其制備成有機-無機復合薄膜。研究表明,該復合光催化薄膜因其協(xié)同的有機-無機界面電子相互作用,顯示出超高的耐光性和優(yōu)異的分離回收性能,極大地克服了無機顆粒催化劑在實際應(yīng)用中存在的不足,且在堿性條件下可以進行高效的模擬太陽光驅(qū)HTH轉(zhuǎn)化,其轉(zhuǎn)化速率為213.48 mmol?m-2?h-1,STH(solar-to-hydrogen)轉(zhuǎn)化效率達到了0.68%。尤為重要的是,該光催化薄膜被重復使用50次后(工作時長達300 h),其形態(tài)和微觀結(jié)構(gòu)沒有明顯變化,仍保持穩(wěn)定的活性表現(xiàn)。

基于該薄膜光催化材料,本課題組自行組建了可進行室內(nèi)和室外作業(yè)的平板式光催化反應(yīng)系統(tǒng),取得了初步的研究進展。該研究為平板光催化制氫技術(shù)的實際應(yīng)用提供了新思路。

文章鏈接:https://doi.org/10.1038/s41467-024-51183-2




編輯:廖國成        審核:李偉


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