人工光合作用的輕型催化劑

碳氮化合物氣凝膠能夠調節水的光催化轉化

納米化學與宏觀結構相結合:中國科學傢報道瞭碳納米材料宏觀(肉眼可見)氣凝膠的合成。這是一種很好的催化劑,能夠在可見光照射下進行水裂解反應。這項研究發表在應用化學雜志期刊雜志上面,對源自三聚氰胺類碳氮化合物的材料特性增加瞭新的應用機會。

三聚氰胺可以與甲醛聚合,形成一種高耐用並且輕便的樹脂,但它也可以濃縮成一種碳氮化合物的納米結構。這些由碳和氮元素所形成的結構能夠將石墨烯的蜂窩狀電子活性網絡和氮的一些額外功能結合起來。Xinchen Wang和他在中國福州大學的團隊正在尋找一種方法,將這些納米材料組裝成一個穩定的宏觀體系結構,現在已經準備瞭一種催化活性高、穩定的輕量級材料,該材料在人工光合作用中起著重要的作用並且提供瞭非常有趣的結構和電子特性。

氣凝膠是凝膠,但組成卻沒有水份——其結構的99%都是空氣。這種孔隙度為催化或傳感應用方面提供瞭一個巨大的理想表面。由於碳氮化合物是一種非常有趣的納米結構,具有類似於石墨烯的特性但是又具備氮元素的功能。所以研究者們長期以來一直想尋求該種材料並想將它們引入一個受控的宏觀組裝。“因為CN是富含氮的群體,可以預測的到 CN可能會有一些有趣的組裝行為,譬如類似生物系統中的蛋白質或多肽。”作者在文章中提到。

提高表面積和增多催化位點數量將會使這些氣凝膠成為高功能性的宏觀材料。科學傢們僅利用納米粒子內部的物理性的相互作用力,就制備瞭一種碳氮化合物納米粒子組成的膠體溶液。首先是將其固定在水凝膠中,然後通過傳統的冷凍幹燥技術將其轉化為穩定的氣凝膠。“這種方法有幾個優點,包括用於大規模生產的延展性和低成本的消耗。” 作者提到,與鉑金助催化劑相結合,氣凝膠在氫析反應中作為光催化劑的催化效應要遠遠大於碳氮化合物的催化效應,而在可見光照射下,當大量的碳氮化合物不起作用時,過氧化氫就會從純水中裂解產生。

因此,通過從納米到宏觀的化學和物理特性的結合,他們創造瞭一種新的具有很好的催化作用輕質材料,這是利用三聚氰胺構建新材料的一種和很有希望和前途的應用。

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