利用豐富的太陽能直接催化海水制氫在資源、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)方面具有明顯的優(yōu)勢。近幾十年來，先進(jìn)材料和理論的發(fā)展提高了光催化制氫的效率和適用性。然而，光催化劑活性不足、海水中鹽分對(duì)催化劑的負(fù)面影響以及缺乏合適的大規(guī)模反應(yīng)平臺(tái)等挑戰(zhàn)仍未得到解決。近日，深圳大學(xué)王元豐等研究人員提出了一種新的策略：構(gòu)建基于潤濕界面的多尺度層級(jí)結(jié)構(gòu)的有機(jī)光催化海水制氫平臺(tái)，該研究結(jié)果為實(shí)現(xiàn)高催化活性、方便制備且可規(guī)；墓獯呋茪涮峁┝艘环N新的思路。
圖1 基于潤濕界面的多尺度層級(jí)結(jié)構(gòu)的有機(jī)光催化制氫平臺(tái)機(jī)理圖。
本研究基于光敏材料分子尺度的梯度能級(jí)排列，并結(jié)合具有微納米尺度的分級(jí)孔結(jié)構(gòu)的超浸潤木質(zhì)纖維基底，構(gòu)建了一種新型的多尺度層級(jí)結(jié)構(gòu)的有機(jī)光催化制氫平臺(tái)。與傳統(tǒng)的給體-受體體系相比，該三元體系促進(jìn)了電荷轉(zhuǎn)移并增強(qiáng)了光催化活性。同時(shí)，該平臺(tái)的潤濕層級(jí)孔結(jié)構(gòu)界面賦予了其反復(fù)捕獲光能和在水面下自懸浮的能力，從而同時(shí)提高了光利用效率并減少了鹽沉積，展現(xiàn)出良好的耐久性。在氙燈照射下，該有機(jī)催化平臺(tái)在犧牲劑存在時(shí)的析氫速率達(dá)到165.8 mmol h?1 m?2，超過了大多數(shù)報(bào)道的無機(jī)系統(tǒng)。在構(gòu)建的可規(guī)；到y(tǒng)上（1600 cm2），該平臺(tái)在連續(xù)五小時(shí)的日照內(nèi)（正午時(shí)段）從海水中產(chǎn)生了80.6 ml m?2的氫氣。更重要的是，這種跨學(xué)科的創(chuàng)新方法，涵蓋了分子和微納結(jié)構(gòu)兩個(gè)層面，為光催化制氫向真正應(yīng)用導(dǎo)向型發(fā)展提供了方向。未來，通過調(diào)控分子結(jié)構(gòu)以促進(jìn)電荷轉(zhuǎn)移、構(gòu)建優(yōu)化微觀結(jié)構(gòu)以捕捉更多光能，以及設(shè)計(jì)先進(jìn)界面以增強(qiáng)工作耐久性，可以預(yù)見將開發(fā)出更高效的制氫平臺(tái)。
圖5 (a) 海水中PM6:ITIC:L8-BO平臺(tái)析氫曲線；(b) 海水中PM6:ITIC:L8-BO平臺(tái)的析氫循環(huán)實(shí)驗(yàn)；(c) 可規(guī)；的自懸浮制氫設(shè)備示意圖；(d)、(e) 總面積為1600 cm2的自懸浮制氫設(shè)備照片；(f) 太陽輻射強(qiáng)度的變化和可規(guī)；設(shè)備產(chǎn)氫量；(g) 世界主要河流和河口的分布；(h) 全球光強(qiáng)的月分布；(i) PM6:ITIC:L8-BO平臺(tái)在不同地區(qū)的析氫速率預(yù)測。
原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202412794
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