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近日，陜西科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院李偉副教授課題組在有機-無機復(fù)合光催化薄膜制備和平板式分解水制氫方面取得進展，相關(guān)研究成果發(fā)表在《自然-通訊》上。

太陽能驅(qū)動的平板H₂O-to-H₂ (HTH)轉(zhuǎn)化是一項將太陽能轉(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)動催化機制對于獲得更高的催化性能顯然存在很大的局限性，不利于該項技術(shù)的實際應(yīng)用推廣。該課題組在研究中發(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)多場驅(qū)動下的激子分離，獲得更為高效和持久穩(wěn)定的催化性能表現(xiàn)。

研究首先制備了一種具有快速激子轉(zhuǎn)移動力學(xué)（CdS-to-Pt）的高活性CdS@SiO₂-Pt光催化劑，將其與有機鐵電PVDF復(fù)配，采用高分子的加工方法將其制備成有機-無機復(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-無機界面電子相互作用，顯示出超高的耐光性和優(yōu)異的分離回收性能，克服了無機顆粒催化劑在實際應(yīng)用中存在的不足，且在堿性條件下可以進行高效的模擬太陽光驅(qū)HTH轉(zhuǎn)化。該光催化薄膜被重復(fù)使用50次后，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，課題組自行組建了可進行室內(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展。該研究為平板光催化制氫技術(shù)的實際應(yīng)用提供了新思路。

CdS@SiO2-Pt光催化劑和有機-無機光催化薄膜的制備與表征；平板制氫反應(yīng)系統(tǒng)的調(diào)試現(xiàn)場照片。（課題組供圖）