由于全球能源短缺和環(huán)境問題加劇，諸如氫氣等清潔能源的制備和利用日益受到研究者的關注。利用光解水產(chǎn)氫是獲取清潔能源的綠色途徑之一。g-C3N4因其具有可見光響應的特性而廣泛用于光催化析氫、廢水處理、有機合成等領域。然而，無機g-C3N4納米片在水中極易團聚，導致自身比表面積的降低而抑制光催化反應的進行。此外，g-C3N4納米片的光催化僅限于水環(huán)境且對光的利用率不高，這都嚴重阻礙了光解水產(chǎn)氫的實際應用。因此，提高g-C3N4納米片的光利用率和拓展使用環(huán)境是實現(xiàn)g-C3N4光解水產(chǎn)氫應用的關鍵所在。
在前期研究中，鐘齊副教授團隊和西北工業(yè)大學王維佳副教授團隊在光催化劑g-C3N4上負載Pt原子改性制得g-C3N4/Pt納米片后，將g-C3N4/Pt納米片、丙烯酰胺類（NIPAM）溫敏聚合物與海藻酸鈣結(jié)合制備了具有互穿網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)（IPN）的復合水凝膠。利用水凝膠的親水特性，實現(xiàn)了水分的存儲和在無水環(huán)境下光解水產(chǎn)氫。該研究不僅解決了g-C3N4/Pt納米片的團聚和水分供給問題，借助水凝膠對入射光的多重散射，光催化效率提升30%。相關研究成果已發(fā)表于Journal of Materials Chemistry A（2020, 8, 23812-23819）。
圖1. (a) P(MEO2MA-co-OEGMA300) 納米凝膠和(b) P(MEO2MA-co-OEGMA300)/g-C3N4/Pt 復合納米凝膠的SEM圖；(c) P(MEO2MA-co-OEGMA300) 納米凝膠和(d) hybrid P(MEO2MA-co-OEGMA300)/g-C3N4/Pt復合納米凝膠的TEM圖。
圖2. (a) P(MEO2MA-co-OEGMA300) 水凝膠 和 (b) P(MEO2MA-co-OEGMA300) 復合納米凝膠膜暴露在RH = 60% 的環(huán)境中不同時長后的ATR-FTIR譜圖（0 h: 深綠, 0.5 h: 橙色, 1 h: 藍色, 2 h: 紅色）。
圖3. (a)復合納米凝膠膜的光催化裝置圖；(b)析氫曲線；(c)析氫速率；(d)復合納米凝膠膜的循環(huán)析氫曲線。
圖4. 復合納米凝膠膜的制備和光催化反應示意圖。
相關研究成果以“Hydrogen Evolution System Based on Hybrid Nanogel Films with Capabilities of Spontaneous Moisture Collection and High Light Harvesting”為題，發(fā)表于Green Chemistry（DOI: org/10.1039/D1GC03322K）。
論文的第一作者為浙江理工大學博士研究生胡能，通訊作者為鐘齊副教授，共同通訊作者為西北工業(yè)大學王維佳副教授與青島大學譚業(yè)強教授。該課題研究獲得了國家自然科學基金（項目批準號：52173087，51403186和51611130312）和浙江省自然科學基金（項目批準號：LY21E030022）的資助。
原文鏈接：https://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2021/GC/D1GC03322K
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