科学家研发石墨烯钛催化剂 为能净化空气的混凝土奠定基础

2019年12月04日 11:24 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

据外媒报道,一组工程师将石墨烯和二氧化钛纳米颗粒结合在一起,制成了一种新型的太阳能催化剂,该催化剂可以将吸收空气中的污染物,效率比其他催化剂高得多。催化剂可以涂在建筑物或街道表面上,以改善城市的空气质量。

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尽管二氧化碳经常成为大气污染的头条新闻,但它远非唯一引发大气污染的化合物。通过汽车尾气和工业过程排放的氮氧化物和挥发性有机化合物,导致雾霾并损害人类健康。

在过去的几年中,研究人员进行了使用二氧化钛纳米颗粒(也称为二氧化钛)的实验,以清除这种空气污染。二氧化钛起着光催化剂的作用,这意味着一旦被光激活,它就会分解污染物。这已被用于空气净化混凝土和铝制建筑面板以及滤水器中。

在过去的工作中,二氧化钛表面显示出将大气中的氮氧化物转化为无害硝酸盐的效率高达45%。对于新研究,该团队设法将这一比例提高到70%。而秘密成分是石墨烯。

研究人员使用液相剥离技术将石墨烯层从基础材料石墨上剥离下来,但是对这一常规过程进行了新的调整-他们在混合物中添加了二氧化钛纳米颗粒。这使他们能够创建一种新的石墨烯-二氧化钛纳米复合材料。

然后可以将这种材料施加到街道,人行道或建筑物外墙等表面上,以被动地清洁空气。它完全由阳光提供动力,因此产生的硝酸盐是无害的。

研究人员表示:“这种光催化水泥基质适用于建筑,其可以通过减少氮氧化物和空气污染使表面自洁-即所谓的‘吸收雾霾’的效果。石墨烯可以帮助改善二氧化钛等催化剂的光催化行为,并增强水泥的性能。”

该团队通过制造光催化板并将其暴露于污染物中来测试混合物。在一项测试中,他们使用了罗丹明B(,其分子结构与挥发性有机污染物相似。在水中进行测试并通过紫外线激活后,研究小组发现,石墨烯-二氧化钛复合材料比单独的二氧化钛催化剂降解的罗丹明B多40%。

在接下来的测试中,研究人员发现,石墨烯,二氧化钛催化剂降解氮氧化物的效率高达70%以上。“石墨烯与二氧化钛的结合我们提供了出色的结果-可以应用于不同的材料,其中混凝土是广泛使用的一个很好的例子,有助于我们实现更健康的环境,”参与这项研究的Marco Goisis表示:“它维护成本低且对环境友好,因为它只需要太阳的能量而无需其他投入。”

尽管这些早期结果很有希望,但该团队表示,在将该技术商业化之前,还需要做更多的工作。首先,石墨烯在批量生产方面仍然很棘手,但是许多科学家已经在研究这一问题。

这项工作是由 Graphene Flagship,博洛尼亚大学,米兰理工大学,CNR,NEST,Italcementi HeidelbergCement Group,以色列理工学院,埃因霍芬理工大学和剑桥大学的科学家进行的。

这项研究发表在《Nanoscale》杂志上。

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