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省科學院測試分析所光催化生物質制氫取得新進展

來源: 時間:2020-10-16

   氢具有燃烧热值高、无污染的特点,被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源。但传统制氢技术能耗大,且伴随着大量二氧化碳释放,利用可再生能源制氢一直是国内外的研究重点。

  生物質是一種來源廣泛、儲量大、廉價且可持續利用的能源載體。農業生産中的稻稈、麥稈、稻草,生活中以木質纖維爲原料的紙杯、紙盤以及紙漿造紙排放的汙泥等都含有大量的生物質,然而這些生物質常被作爲廢棄物抛棄。光催化生物質制氫技術可利用太陽能,將生物質轉化爲氫氣,是一種非常有潛力的新能源生産方式,爲生物質資源的循環利用和氫能的可持續發展提供一種新的解決途徑。

  广东省科学院测试分析研究所光电功能材料与器件研究团队设计开发了一种边缘氨基功能化的新型聚合型氮化碳基光催化剂,并结合光谱仪、电化学工作站、气相色谱等手段和理论计算对其进行性能表征和优化。研究发现改性后的光催化剂具有可见光宽光谱吸收(见下图),其光谱响应活性范围可拓展至600nm,相比于现有的生物质制氢光催化剂(一般仅能吸收475 nm以下的光),显著拓宽了可见光吸收;同时分析了其能带结构,发现催化剂的氧化能力得到提升,且能促进生物质在催化剂表面的吸附活化,因而有效地提高了光催化生物质产氢效率。

  相关成果以“ Edge functionalization of terminal amino group in carbon nitride by in-situ C–N coupling for photoreforming of biomass into H2 ”为题发表于《Chemical Engineering Journal》(中科院一区, IF:10.652),省科学院测试分析所为唯一单位,上述工作得到了国家自然科学基金(61904167)、广东省科学院建设国内一流研究机构行动专项资金项目(2020GDASYL-20200102006)的支持。

  

  图1 材料的能带结构及生物质产氢性能

  近日,該工作被全球工程領域著名機構Advances in Engineering(AIE)遴選爲關鍵科學文章進行專題報道(注:AIE每周會在全球範圍內由國際專家顧問組選出不到20篇的優秀論文進行特別報道,方向包括材料、化學、電子、機械、土木、生物醫學工程等。AIE遴選論文條件苛刻,中選率爲相關領域發表論文總數的1‰)。

  該團隊基于省科學院測試分析所國家級分析測試平台,搭建了光/電催化分析測試平台,具備了光/電催化産物在線定性定量檢測能力,並成功將同位素示蹤法用于催化反應機理分析,已爲澳大利亞紐卡斯爾大學、華南理工大學、華南師範大學等國內外科研機構提供分析檢測技術服務。

  AIE報道鏈接:https://advanceseng.com/edge-functionalization-terminal-amino-group-carbon-nitride-situ-c-n-coupling/ 

  (省科学院测试分析所  汪福宪/供稿)

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