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    福建農林大學團隊在這一領域取得重要進展
    福建農林大學微信公眾號 / 時間:2022-07-19 11:20:02

    福建網絡廣播電視臺7月17日訊:氫能被國際社會譽為最具發展潛力的清潔能源,具有燃燒熱值高、綠色無碳等特點,是實現碳達峰、碳中和目標的有效手段之一。光催化分解水產氫技術是將太陽能轉化為氫能。然而,傳統的光催化劑為納米尺寸的顆粒分散在水中,光催化效率、分散性、回收及多次循環利用等面臨的問題限制了其應用。

    近期,福建農林大學材料工程學院袁占輝教授團隊在能源領域國際TOP期刊Renewable and Sustainable Energy Reviews(IF:16.799,中科院分區:一區)在線發表了題為“2D lamellar membrane with nanochannels synthesized by bottom-up assembly approach for the superior photocatalytic hydrogen evolution”的研究論文。福建農林大學為本文第一完成單位,福建農林大學材料工程學院博士研究生周為明為第一作者,袁占輝教授為第一通訊作者,陜西科技大學安盟副教授和閩江學院王莉瑋教授為共同通訊作者,吉林大學的張厚玉和謝騰峰教授也參與了本項工作。本文是該團隊在前期二維層狀膜的構建和應用工作取得的成果基礎上(ACS Appl. Mater. Inter., 2022, 14, 25, 29099-29110 (IF: 10.383);Sep. Purif. Technol., 2022, 285, 120301(IF: 9.136);J. Clean. Prod., 2021, 294, 126350 (IF: 11.072);Mater. Chem. Frontiers, 2021, 5, 3099-3109 (IF: 8.683)),獲得的又一創新性成果。 

    本研究提出了自下而上組裝法制備用于光催化分解水析氫的二維層狀多孔膜的策略。并以氯氧化鉍納米片作為模型光催化劑,通過層層自堆積的方式構建了二維層狀多孔膜。所設計制備的氯氧化鉍膜具有良好柔韌性、機械強度和半透明性等物理性能,且具有良好的循環穩定性和可重復使用性。更重要的是制備的氯氧化鉍膜的光催化析氫性能是傳統分散在水溶液中的氯氧化鉍納米顆粒的2.5倍。進一步的理論計算表明,具有合適尺寸納米通道的氯氧化鉍膜可以加速水傳輸,而且氯氧化鉍膜的主要水平通道尺寸非常接近理想水傳輸納米通道的尺寸。此外,受限的內部空間減少了納米通道內水分子氫鍵的數量,從而提高了界面反應速率和光催化效率。 

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    圖2. 氯氧化鉍膜(a)折疊及(b)展開,(c)浸泡在水中或TEOA溶液中0天和6天的數碼相片;(d)氯氧化鉍膜的應力-應變曲線(插圖:氯氧化鉍膜吊起20g砝碼) 

    圖2為氯氧化鉍膜的照片、溶液中穩定性及機械性能。由圖2(a)可知氯氧化鉍膜可以很容易地折疊而不斷裂,具有良好的柔韌性。如圖2(b)所示,氯氧化鉍膜具有一定透光性能。為了確定氯氧化鉍膜在水溶液中的穩定性,將其浸泡在水或TEOA (10 vol.%)水溶液中,在水或TEOA水溶液中浸泡6天后無松動,穩定性較好(圖2(c))。此外,氯氧化鉍膜可以舉起20 g的重量(圖2(d)),具有良好的機械性能。 

    這一設計策略可以推廣到其他具有片狀結構的納米光催化劑,使基于具有納米通道的二維層狀膜的光催化劑的通用設計成為可能。

    詳情見福建農林大學網站


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