0.68% of solar-to-hydrogen efficiency and high photostability of organic-inorganic membrane catalyst
作者：W. Li*, W. Duan, G. Liao, F. Gao, Y. Wang, R. Cui, J. Zhao, C. Wang*
關鍵字：Membrane materials, Electrospinning method, Organic-inorganic composites, Hydrogen production, Quantum tunneling effect
論文來源：期刊
具體來源：https://doi.org/10.1038/s41467-024-51183-2
發表時間：2024年
近年來，太陽能驅動的光催化技術被視為是解決環境污染和能源短缺問題的前瞻性策略。其中，太陽能驅動的平板H2O-to-H2 (HTH)轉化是一項將太陽能轉換成增值化學能的新型生產技術。然而，由于平板反應器中流體和氣泡的機械剪切力影響，絕大多數的常歸顆粒光催化劑在平板反應器中難以維持穩定的光催化性能，而且單一的光驅動催化機制對于獲得更高的催化性能顯然存在很大的局限性，不利于該項技術的實際應用推廣。本課題組在研究中發現，構建穩定的光催化薄膜可以有效解決顆粒光催化劑存在的上述不足，能夠實現多場驅動下的激子分離，獲得更為高效和持久穩定的催化性能表現。
本研究首先制備了一種具有快速激子轉移（CdS-to-Pt）動力學的高活性CdS@SiO2-Pt光催化劑，將其與有機鐵電PVDF復配，采用高分子的加工方法將其制備成有機-無機復合薄膜。研究表明，該復合光催化薄膜因其協同的有機-無機界面電子相互作用，顯示出超高的耐光性和優異的分離回收性能，極大地克服了無機顆粒催化劑在實際應用中存在的不足，且在堿性條件下可以進行高效的模擬太陽光驅HTH轉化，其轉化速率為213.48 mmol?m-2?h-1，STH（solar-to-hydrogen）轉化效率達到了0.68%。尤為重要的是，該光催化薄膜被重復使用50次后（工作時長達300 h），其形態和微觀結構沒有明顯變化，仍保持穩定的活性表現。
基于該薄膜光催化材料，本課題組自行組建了可進行室內和室外作業的平板式光催化反應系統，取得了初步的研究進展。該研究為平板光催化制氫技術的實際應用提供了新思路。
感謝共通作者王傳義老師的技術和經費支持，感謝趙進才院士的鼎力支持，感謝Domen教授對本工作的技術點評！希望各位同行多多點評，多多支持！[抱拳][抱拳][抱拳]
課題組的段汶碩士為本論文的主要完成人
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