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省科学院测试分析所光催化生物质制氢取得新进展

来源: 时间: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。

  生物质是一种来源广泛、储量大、廉价且可持续利用的能源载体。农业生产中的稻秆、麦秆、稻草,生活中以木质纤维为原料的纸杯、纸盘以及纸浆造纸排放的污泥等都含有大量的生物质,然而这些生物质常被作为废弃物抛弃。光催化生物质制氢技术可利用太阳能,将生物质转化为氢气,是一种非常有潜力的新能源生产方式,为生物质资源的循环利用和氢能的可持续发展提供一种新的解决途径。

  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,该工作被全球工程领域著名机构Advances in Engineering(AIE)遴选为关键科学文章进行专题报道(注:AIE每周会在全球范围内由国际专家顾问组选出不到20篇的优秀论文进行特别报道,方向包括材料、化学、电子、机械、土木、生物医学工程等。AIE遴选论文条件苛刻,中选率为相关领域发表论文总数的1‰)。

  该团队基于省科学院测试分析所国家级分析测试平台,搭建了光/电催化分析测试平台,具备了光/电催化产物在线定性定量检测能力,并成功将同位素示踪法用于催化反应机理分析,已为澳大利亚纽卡斯尔大学、华南理工大学、华南师范大学等国内外科研机构提供分析检测技术服务。

  AIE报道链接: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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