0.68% of solar-to-hydrogen efficiency and high photostability of organic-inorganic membrane catalyst
作者：W. Li*, W. Duan, G. Liao, F. Gao, Y. Wang, R. Cui, J. Zhao, C. Wang*
關(guān)鍵字：Membrane materials, Electrospinning method, Organic-inorganic composites, Hydrogen production, Quantum tunneling effect
論文來(lái)源：期刊
具體來(lái)源：https://doi.org/10.1038/s41467-024-51183-2
發(fā)表時(shí)間：2024年
近年來(lái)，太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的光催化技術(shù)被視為是解決環(huán)境污染和能源短缺問(wèn)題的前瞻性策略。其中，太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的平板H2O-to-H2 (HTH)轉(zhuǎn)化是一項(xiàng)將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成增值化學(xué)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(jī)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(dòng)催化機(jī)制對(duì)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(xiàng)技術(shù)的實(shí)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(chǎng)驅(qū)動(dòng)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(dòng)力學(xué)的高活性CdS@SiO2-Pt光催化劑，將其與有機(jī)鐵電PVDF復(fù)配，采用高分子的加工方法將其制備成有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合薄膜。研究表明，該復(fù)合光催化薄膜因其協(xié)同的有機(jī)-無(wú)機(jī)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(wú)機(jī)顆粒催化劑在實(shí)際應(yīng)用中存在的不足，且在堿性條件下可以進(jìn)行高效的模擬太陽(yáng)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(dá)到了0.68%。尤為重要的是，該光催化薄膜被重復(fù)使用50次后（工作時(shí)長(zhǎng)達(dá)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(jìn)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(jìn)展。該研究為平板光催化制氫技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用提供了新思路。
感謝共通作者王傳義老師的技術(shù)和經(jīng)費(fèi)支持，感謝趙進(jìn)才院士的鼎力支持，感謝Domen教授對(duì)本工作的技術(shù)點(diǎn)評(píng)！希望各位同行多多點(diǎn)評(píng)，多多支持！[抱拳][抱拳][抱拳]
課題組的段汶碩士為本論文的主要完成人
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