“材料与可持续发展——环境友好材料与环境修复材料”专栏特邀文章——
【文章简介】
整体式光催化材料的制备及应用研究进展
随着工业的快速发展以及人口增长对能源的巨大需求,化石燃料的过度消耗导致了严重的环境污染和能源危机,威胁人类未来的生存和发展。光催化技术(Photocatalysis)利用绿色的太阳能为能源,被认为是解决环境污染和能源危机最有前景的技术之一。在太阳光的照射下,光催化剂可以吸收光能并将其转化为化学能,用于污染物处理和清洁能源生产。因此,光催化技术的开发和应用受到了世界范围内的广泛关注。
光催化技术的核心是光催化材料。在过去的几十年里,随着制备技术的发展以及对光催化技术理解的加深,光催化材料已经从最初的TiO2发展到各种金属氧化物、硫化物、氮化物以及金属单质、非金属和有机光催化材料,其应用也从液相的污染物去除,水分解发展到有机合成和各种气相光催化反应,包括NO氧化、CO2还原、CH4活化等。目前大部分研究集中在如何提高光催化活性,然而,由于光催化材料主要以粉末形式存在,其具有强烈的聚集倾向,在实际的应用过程中,只有表层的光催化材料可以吸收光能以及吸附污染物,大部分的光催化材料对活性没有贡献,导致光催化效率较低。另一方面,粉末的飞散不仅造成回收操作复杂,而且易引起二次污染。
近年来,整体式光催化材料(Monolithic photocatalyst)受到了极大的关注,其具有丰富的孔结构和大的比表面积,有效提高了与污染物的接触面积以及对光能的利用率。除此之外,整体式光催化材料优异的宏观特性使其具有极高的可操作性和简单快捷的回收能力,避免了二次污染。随着制备技术的不断发展,整体式光催化材料已经从均相的整体式气凝胶光催化材料(Aerogel photocatalyst),发展到不同组成的整体式复合型光催化材料(Hybrid photocatalyst),同时,其应用也从简单的物理吸附扩展到光化学反应,包括环境修复以及清洁能源生产。
整体式光催化材料的结构示意图
应《材料导报》编辑部邀约,西南石油大学材料科学与工程学院周莹教授课题组总结撰写了《整体式光催化材料的制备及应用研究进展》一文。该文总结了整体式光催化材料的制备策略,特别强调了整体式气凝胶光催化材料和复合型整体式光催化材料的典型合成路线及其在液相污染物的去除、气相污染物的去除、水分解和光催化CO2转换方面应用的最新研究进展。
该文系《材料导报》2020年重庆市出版专项资金期刊资助项目“材料与可持续发展——环境友好材料与环境修复材料”特邀文章之一,将刊登在2020年第3期综述篇上。目前,该文已在中国知网优先出版,检索网址为:http://kns.cnki.net/kcms/detail/50.1078.TB.20190920.1138.002.html。敬请广大学界专家和师生予以关注。
【专家介绍】
2004年毕业于中南大学无机非金属材料专业,2007年获中国科学院上海光学精密机械研究所材料学硕士学位,2010年获瑞士苏黎世大学(UZH)博士学位,之后获得苏黎世大学优秀青年基金资助从事博士后研究,并在洪堡基金会的资助下在德国卡尔斯鲁厄理工学院(KIT)从事研究工作。担任国家能源新材料技术研发中心理事、四川省科技青年联合会常务理事、 成都市新材料产业创新发展联盟常务理事、Recent Innovations in Chemical Engineering编委、Chinese Chemical Letter青年编委等,受聘为日本京都大学讲座教授,入选四川省有突出贡献优秀专家、四川省百人计划等,带领的团队入选四川省青年科技创新研究团队长期从事油气资源清洁利用与污染治理材料研究,主持国家自然科学基金、中国-瑞士国际科技合作项目、四川省杰出青年基金等国家和省部级科研项目12项,获得霍英东教育基金会青年教师奖二等奖、四川省自然科学奖二等奖、重庆市自然科学奖二等奖等省部级科研奖励5项。已在Nature Commuin., Angew. Chem. Int. Ed., ACS Catal., J. Mater. Chem. A, Appl. Catal. B, Small等期刊发表SCI论文110余篇,被SCI正面引用2500余次,H index为28,9篇论文入选ESI高倍引论文,出版英文专著1部,获得授权发明专利12项(美国专利1项),转让给企业1项。
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