昆明理工大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)利用光催化高級(jí)氧化技術(shù)，助力新型水處理技術(shù)的發(fā)展在高原區(qū)域水污染防治和水污染治理安全取得關(guān)鍵進(jìn)展。
4月26日，從昆明理工大學(xué)獲悉，該校建筑工程學(xué)院污染過(guò)程控制與模擬團(tuán)隊(duì)，近期利用光催化高級(jí)氧化技術(shù)，助力新型水處理技術(shù)的發(fā)展在高原區(qū)域水污染防治和水污染治理安全取得關(guān)鍵進(jìn)展。相關(guān)成果發(fā)表在國(guó)際期刊《能源與環(huán)境材料》上。
在綠色水處理技術(shù)中，太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的半導(dǎo)體光催化技術(shù)因無(wú)須添加化學(xué)氧化劑而備受關(guān)注。然而，受傳統(tǒng)光催化劑自身的限制，導(dǎo)致具有強(qiáng)氧化能力的空穴難以有效積累，尤其在無(wú)氧條件下無(wú)法充分發(fā)揮其直接氧化污染物的優(yōu)勢(shì)。而且，現(xiàn)有研究對(duì)空穴定向富集機(jī)制的系統(tǒng)性調(diào)控仍是空白。
研究示意圖。昆明理工大學(xué)供圖
針對(duì)這一難題，昆明理工大學(xué)副教授周華晶、教授何亮等人攜手，創(chuàng)新地將多尺度結(jié)構(gòu)工程與異質(zhì)界面工程相結(jié)合，提出“結(jié)構(gòu)－電場(chǎng)”協(xié)同調(diào)控策略，成功制備出具有“蛋黃－雙殼”構(gòu)型的銅基復(fù)合微球。該材料通過(guò)構(gòu)建多級(jí)電子傳輸通道與梯度電場(chǎng)，促使光電子向內(nèi)核定向遷移，同時(shí)將氧化性空穴錨定在表面活性位點(diǎn)。結(jié)合銅納米顆粒的等離子體共振增強(qiáng)效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了光能吸收與電荷分離效率的同步提升。實(shí)驗(yàn)顯示，該材料對(duì)四環(huán)素類(lèi)抗生素的太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)降解效率達(dá)到傳統(tǒng)材料的數(shù)十倍，處理后的水體滿足生態(tài)安全要求。
研究中，團(tuán)隊(duì)詳細(xì)探究了材料的合成策略、微觀結(jié)構(gòu)、物理化學(xué)性質(zhì)、光學(xué)性能、能帶結(jié)構(gòu)、載流子分離原理等。通過(guò)多種表征手段，證實(shí)了材料的成功制備及優(yōu)異性能。以四環(huán)素為模型的污染物實(shí)驗(yàn)表明，優(yōu)化后的降解效率高達(dá)100%，且具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性和pH適用性，在多種水體基質(zhì)中均表現(xiàn)出高效的降解能力。
據(jù)悉，昆明理工大學(xué)污染過(guò)程控制與模擬團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期聚焦云南高原區(qū)域水污染及供水安全保障需求，開(kāi)展多項(xiàng)相關(guān)研究，并提供技術(shù)和咨詢服務(wù)。此次突破，為半導(dǎo)體光催化劑上長(zhǎng)壽命空穴的積累提供了全新設(shè)計(jì)策略，可推動(dòng)了新型水處理技術(shù)發(fā)展，在污水處理、水資源凈化等領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景。
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