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新材料清洁并分解水

2019-04-06 17:37:22来源:

今天一些最有用和最通用的材料是金属有机框架(MOF)。MOF是一类材料,具有结构多功能性,高孔隙率,迷人的光学和电子特性,所有这些都使其成为各种应用的有希望的候选材料,包括气体捕获和分离,传感器和光催化。

由于MOF在结构设计和实用性方面都非常通用,因此材料科学家目前正在许多化学应用中对它们进行测试。其中之一是光催化,这是一种光敏材料被光激发的过程。吸收的多余能量使电子从其原子轨道上脱臼,留下“电子空穴”。这种电子 - 空穴对的产生是任何光依赖能量过程中的关键过程,并且在这种情况下,它允许MOF影响各种化学反应。

由Kyriakos Stylianou在分子模拟实验室领导的EPFL Sion科学家团队现已开发出一种基于MOF的系统,该系统不能同时执行两种,而是两种类型的光催化:生产氢气和清除水中的污染物。该材料含有大量可用且廉价的磷化镍(Ni2P),并且被发现在可见光下进行有效的光催化,其占太阳光谱的44%。

第一种类型的光催化,即氢气生产,涉及称为“水分解”的反应。顾名思义,反应将水分子分为氢和氧。这里更大的应用之一是将氢用作燃料电池,燃料电池是当今各种技术中使用的能量供应设备,包括卫星和航天飞机。

第二种类型的光催化被称为“有机污染物降解”,其是指分解水中存在的污染物的过程。科学家研究了这种创新的基于MOF的光催化系统,用于降解有毒染料罗丹明B,通常用于模拟有机污染物。

科学家们按顺序进行了两项测试,结果表明,基于MOF的光催化系统能够将光催化生成的氢与罗丹明B的降解整合在一起。这意味着现在可以使用这种光催化系统清除水中的污染物,同时产生可用作燃料的氢气。

“这种不含贵金属的光催化系统使光催化领域更接近实际'太阳能驱动'应用,并展示了MOF在该领域的巨大潜力,”Kyriakos Stylianou说。