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剑桥大学研开发新型石墨烯复合材料 可“吃掉”常见大气污染物

作者:管理员

大气污染问题再城市密集的工业城市及发展中国家日益严重。据世界卫生组织统计,据世界卫生组织全世界每九人中就有一人死于空气污染引起的疾病。造成这种情况的主要原因是氮氧化物和挥发性化合物等有机污染物,这些污染物主要由汽车尾气和工业排放。

近日,剑桥科学家与其他合作伙伴合作开发了一种光催化剂,在实际污染物测试中,该光催化剂比标准的二氧化钛纳米粒子降解的空气氮氧化物(NOx)*多降解70%。这种石墨烯复合材料可以“吃掉”常见的大气污染物,可用作人行道或建筑物的涂料。

在研究人员开发新技术和新能源时,主要的是大幅减少排放到大气中的污染物的数量,同时,他们也在寻找从大气中清除更多污染物的新方法。光催化剂(例如二氧化钛)是实现这一目的的一种方法。当二氧化钛暴露在阳光下时,它会降解存在于表面的有害氮氧化物和挥发性有机化合物,将其氧化为惰性或无害的物质。

发表在《纳米尺度》上的一项研究,研究人员证明,二氧化钛和石墨烯的复合物(一种碳的二维形式)比单一二氧化钛具有更强大的光降解性能。

来自剑桥大学石墨烯中心的研究人员研究测试了该复合材料,确认了该复合材料具有光催化降解污染物分子的能力。意大利研究人员将该涂料应用于混凝土,以研究其环境修复潜力。

    “我们决定将石墨烯与常用的光催化剂二氧化钛偶合,以增强光催化作用,”Italcementi的合著者MarcoGoisis说。“光催化是我们有效方法之一,因为这一过程不会消耗光催化剂。这是太阳光激活的反应。”

通过仅在水和大气压下在二氧化钛纳米颗粒存在下进行石墨的液相剥离(一种生成石墨烯的过程),科学家们创造了新的石墨烯-二氧化钛纳米复合材料。

他们发现将这种新的复合材料涂在材料表面时,它可以从空气中去除污染物。如果将其用于街道或建筑物墙壁上的混凝土,则无害的光降解产物可能会被雨水或风吹走,或手动清除。

为了测量光降解作用,研究团队测试针对NO新光催化剂X,并记录在相对标准的二氧化钛的氮氧化物的光催化降解。他们使用罗丹明B作为挥发性有机污染物的模型,因为其分子结构与汽车,工业和农业排放的污染物的分子结构极为相似。他们发现,在紫外线照射下,石墨烯-二氧化钛复合物比单独的二氧化钛降解的罗丹明B多40%。

    “石墨烯与二氧化钛的偶联以粉末形式为提供了出色的实验结果,可以再实际应用中将其应用于不同的材料,混凝土是广泛使用的典范。它的维护成本低且环保,因为它只需要太阳的能量,而无需其他任何投入。”Goisis说。

要在商业规模上使用它之前还需要解决一些挑战。研究团队还需要研究出更经济有效批量生产石墨烯的方法。催化剂和主体材料之间的相互作用也需要加深,并需要研究光催化剂在室外环境中的长期稳定性。

超快速瞬态吸收光谱法的测量揭示了从二氧化钛到石墨烯薄片的电子转移过程,降低了电荷复合率,并提高了反应性物质光产生的效率,这意味着更多的污染物分子可能被降解。

基于这一概念,科学家们还在研究另一种产品–导电石墨烯混凝土复合材料,该产品已于今年2月的世界移动大会上展出。当作为地板的一层包括在内时,它会在电流通过时释放热量。这可用于加热建筑物或街道,而无需使用水箱或锅炉的水。它还可以用于创建自感应混凝土,该混凝土可以检测混凝土结构中的应力或应变并监视结构缺陷,并在结构完整性接近失效时提供警告信号。

剑桥石墨烯中心主任,论文的合著者安德里亚·费拉里(AndreaFerrari)教授说:“越来越多的公司意识到新技术和改进技术中石墨烯的潜力。”“这项工作证明了石墨烯在降解环境污染物方面的明确应用。这不仅可以带来商业利益,而且更重要的是可以提供一个更清洁,更健康的环境。”

                                                                                                                            (来源-贤集网



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