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展
光燃料電池(PFC)是一種將光能和化學能轉(zhuǎn)換為電能的裝置,通過可見光激發(fā)產(chǎn)生的空穴可以同時實現(xiàn)海水有機污染物的降解和發(fā)電。實現(xiàn)污染物高效能量轉(zhuǎn)換的關鍵在于構建具有相互連通取向微納米通道的光電極結構。然而,目前仍然存在難以一致性規(guī)模化構筑、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,河南理工大學楊政鵬教授通過直接書寫3D打印技術可控構建了一種新型多孔微格結構光電極。3D打印的電極結構中,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,促進了高效的光吸收,同時為海水污染物的快速擴散與捕獲提供了暢通無阻的通道。得益于3D打印光電極結構的獨特特點,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,最大功率密度可達到0.09 mW cm-2。這項工作為構建高性能PFC光電極結構提供了新策略。
圖1. 集成自漂浮海水污染物PFC的結構設計
圖2. 3D打印光電極的制備流程和墨水流變特性
圖3. 3D打印光電極的結構、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基金等項目的資助。河南理工大學楊政鵬、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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