蘇州納米所等在3D打印集成自漂浮海水污染物光燃料電池方面取得進(jìn)展
光燃料電池(PFC)是一種將光能和化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能的裝置,通過可見光激發(fā)產(chǎn)生的空穴可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)海水有機(jī)污染物的降解和發(fā)電。實(shí)現(xiàn)污染物高效能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵在于構(gòu)建具有相互連通取向微納米通道的光電極結(jié)構(gòu)。然而,目前仍然存在難以一致性規(guī)?;瘶?gòu)筑、污染物捕集和光吸收效率低等問題。
近日,中科院蘇州納米所張永毅研究員、李清文研究員,河南理工大學(xué)楊政鵬教授通過直接書寫3D打印技術(shù)可控構(gòu)建了一種新型多孔微格結(jié)構(gòu)光電極。3D打印的電極結(jié)構(gòu)中,扭曲的光活性石墨烯納米片相互搭接形成了高度互連的取向通道以及豐富的多級開放孔,促進(jìn)了高效的光吸收,同時(shí)為海水污染物的快速擴(kuò)散與捕獲提供了暢通無阻的通道。得益于3D打印光電極結(jié)構(gòu)的獨(dú)特特點(diǎn),組裝的集成自漂浮PFC在太陽光照下對海水污染物展現(xiàn)出優(yōu)異的光電轉(zhuǎn)換能力和循環(huán)穩(wěn)定性,最大功率密度可達(dá)到0.09 mW cm-2。這項(xiàng)工作為構(gòu)建高性能PFC光電極結(jié)構(gòu)提供了新策略。
圖1. 集成自漂浮海水污染物PFC的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
圖2. 3D打印光電極的制備流程和墨水流變特性
圖3. 3D打印光電極的結(jié)構(gòu)、成分分析和光吸收

圖4. 集成自漂浮PFC的制備及表征
圖5. 集成自漂浮PFC對海水污染物的光電轉(zhuǎn)換性能
相關(guān)成果以3D-printed graphene-anatase TiO2 photoanode with well-interconnected hierarchical channels for integrated self-floating photofuel cell powered by seawater pollutants為題發(fā)表在國際期刊Applied Catalysis B: Environmental上。該研究獲得國家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。河南理工大學(xué)楊政鵬、楊新銀和朱蒙為論文共同第一作者,中科院蘇州納米所張永毅研究員和李清文研究員為論文通訊作者。
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