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南科大環境學院教授張作泰課題組在壓電催化領域取得系列研究成果

2019-10-21

    近日,南方科技大學環境科學與工程學院教授張作泰課題組在壓電材料催化能源轉換及環境治理領域取得重要研究進展,在國際納米能源領域頂級期刊《納米能源》(Nano Energy,IF=15.548)連續發表兩篇論文報道相關研究成果。



    利用材料的壓電效應,借助外部環境中分散的微小機械能(水波、震動、噪聲等)即可有效調制納米壓電材料的極化場,由此產生的表面電荷可以引發一系列催化反應(分解水制氫、有機物污染物降解、高分子聚合等)。由于這些特征,納米壓電材料有望在未來的能源轉換和環境治理領域中獲得重要應用。目前,尋找和設計可將機械能轉換為化學能的納米壓電材料并深入理解其壓電催化機理成為研究領域的關注焦點。

    第一篇論文報道了課題組設計合成片狀二維KNbO3壓電材料的研究工作。實驗和理論計算顯示,該材料在外加應力下具有與其他形貌的材料相比更大的壓電電勢及更優異的催化活性,并且可通過鐵電極化有效調控光電流。該研究為高效壓電催化材料和智能光電器件的設計提供了指導方案。


KNbO3二維片狀材料可在超聲機械力作用下催化降解有機污染物并可通過鐵電極化調控光電流
課題組訪問學生余東方介紹道,在該研究工作中,為了達到調控KNbO3鐵電光電極的性能的目標,經過和導師的反復討論和不斷嘗試,課題組最終采用了在電解液中施加脈沖電壓的方法,成功地對KNbO3材料光電極進行了極化,實現了對光生載流子的輸運行為的有效調控。 余東方為論文第一作者,張作泰、課題組研究助理教授李順為共同通訊作者。 二維層狀過渡金屬二硫屬化物(TMDs)因其獨特的電子、機械和化學性質而備受科研人員的關注。在第二項發表的研究中,研究團隊制備出一系列二維TMDs材料(MoS2、WS2和WSe2),發現其在超聲機械力作用下即可分解水制氫,且實驗和理論計算顯示其壓電催化效率與壓電系數正相關,證實催化性能由壓電性質主導決定,對深入理解壓電催化機理提供了重要證據。此外,該系列材料還可以高效降解四環素,為新興環境污染物的治理提供了新途徑。
二維TMDs材料在超聲機械力作用下分解水
李順介紹,課題組為了制備具有相似層厚及比表面積的壓電材料體系,選取了三種具有不同壓電系數的二維壓電材料作為研究對象,經過對制備條件的反復摸索,成功得到了合適的研究樣品。 李順、訪問學生趙志成和余東方為該論文共同第一作者。張作泰、前沿交叉學院研究助理教授趙錦柱為共同通訊作者。 系列工作的開展和完成得到了國家自然科學基金、廣東省土壤與地下水污染防控及修復重點實驗室、深圳市科創委學科布局、深圳市清潔能源研究院專項經費資助等項目的支持。 論文鏈接: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285519301053 https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285519307906

來源:南方科技大學 新聞網

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