省科學院測試分析所光催化生物質制氫取得新進展

2021-01-19 瀟湘晨報

氫具有燃燒熱值高、無汙染的特點，被視為21世紀最具發展潛力的清潔能源。但傳統制氫技術能耗大，且伴隨著大量二氧化碳釋放，利用可再生能源制氫一直是國內外的研究重點。

生物質是一種來源廣泛、儲量大、廉價且可持續利用的能源載體。農業生產中的稻稈、麥稈、稻草，生活中以木質纖維為原料的紙杯、紙盤以及紙漿造紙排放的汙泥等都含有大量的生物質，然而這些生物質常被作為廢棄物拋棄。光催化生物質制氫技術可利用太陽能，將生物質轉化為氫氣，是一種非常有潛力的新能源生產方式，為生物質資源的循環利用和氫能的可持續發展提供一種新的解決途徑。

廣東省科學院測試分析研究所光電功能材料與器件研究團隊設計開發了一種邊緣氨基功能化的新型聚合型氮化碳基光催化劑，並結合光譜儀、電化學工作站、氣相色譜等手段和理論計算對其進行性能表徵和優化。研究發現改性後的光催化劑具有可見光寬光譜吸收（見下圖），其光譜響應活性範圍可拓展至600nm，相比於現有的生物質制氫光催化劑（一般僅能吸收475 nm以下的光），顯著拓寬了可見光吸收；同時分析了其能帶結構，發現催化劑的氧化能力得到提升，且能促進生物質在催化劑表面的吸附活化，因而有效地提高了光催化生物質產氫效率。

相關成果以「 Edge functionalization of terminal amino group in carbon nitride by in-situ C–N coupling for photoreforming of biomass into H2 」為題發表於《Chemical Engineering Journal》(中科院一區, IF:10.652)，省科學院測試分析所為唯一單位，上述工作得到了國家自然科學基金（61904167）、廣東省科學院建設國內一流研究機構行動專項資金項目（2020GDASYL-20200102006）的支持。

圖1 材料的能帶結構及生物質產氫性能

近日，該工作被全球工程領域著名機構Advances in Engineering（AIE）遴選為關鍵科學文章進行專題報導（註：AIE每周會在全球範圍內由國際專家顧問組選出不到20篇的優秀論文進行特別報導，方向包括材料、化學、電子、機械、土木、生物醫學工程等。AIE遴選論文條件苛刻，中選率為相關領域發表論文總數的1‰）。

該團隊基於省科學院測試分析所國家級分析測試平臺，搭建了光/電催化分析測試平臺，具備了光/電催化產物在線定性定量檢測能力，並成功將同位素示蹤法用於催化反應機理分析，已為澳大利亞紐卡斯爾大學、華南理工大學、華南師範大學等國內外科研機構提供分析檢測技術服務。

AIE報導連結：https://advanceseng.com/edge-functionalization-terminal-amino-group-carbon-nitride-situ-c-n-coupling/

（省科學院測試分析所 汪福憲/供稿）

【來源：廣東省科學院】

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