新型半人工光合涂層材料有望應(yīng)用新能源領(lǐng)域
【化工儀器網(wǎng) 項(xiàng)目成果】隨著全球能源危機(jī)和環(huán)境問題的日益嚴(yán)峻，清潔能源已成為推動人類社會可持續(xù)發(fā)展的重要動力。在眾多清潔能源中，太陽能以其無窮無盡、清潔無污染的特點(diǎn)，成為了全球科研人員關(guān)注的熱點(diǎn)。
深圳先進(jìn)院合成生物學(xué)研究所研究員鐘超團(tuán)隊(duì)與上海科技大學(xué)物質(zhì)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院研究員馬貴軍團(tuán)隊(duì)提出了一種新型的半人工Z-scheme光合作用涂層，以模擬自然過程并提高光能轉(zhuǎn)換效率，并依托工程化大腸桿菌生物被膜，成功開發(fā)了共形貼附導(dǎo)電生物被膜。該涂層通過模擬自然光合作用，實(shí)現(xiàn)了可見光驅(qū)動下的全解水，為清潔能源的利用開辟了新的途徑。
研究人員首先通過滴涂法，將具有可見光吸收特性和高光催化活性的兩種催化劑涂覆于玻璃上，制備了光催化劑混合物涂層；隨后通過培養(yǎng)“細(xì)菌種子”，在涂層表面進(jìn)行大腸桿菌生物被膜的原位生長；由于細(xì)菌本身不具備導(dǎo)電性，需要再利用原位聚合的方式制備導(dǎo)電生物被膜，通過化學(xué)修飾使其獲得導(dǎo)電能力。
此外，這一涂層在不同壓力下表現(xiàn)出了卓越耐受性。即便在常壓條件下，其催化效率也能保持穩(wěn)定，有效避免了金屬導(dǎo)電材料在逆反應(yīng)中常見的催化效率下降的問題。研究結(jié)果表明，該涂層在連續(xù)運(yùn)行100小時后，催化效率未見衰減，且材料結(jié)構(gòu)保持完好，顯示出了優(yōu)異的長期穩(wěn)定性。
更有意思的是，按照這種方案制備的半人工Z-scheme雜化涂層不僅能夠被輕松揭起形成獨(dú)立的自支撐膜，而且還展現(xiàn)出了較強(qiáng)的機(jī)械穩(wěn)定性。
研究團(tuán)隊(duì)介紹，半人工Z-scheme雜化涂層中尚存在部分難以降解循環(huán)的合成無機(jī)材料，在處理小型電子器件等低收益廢棄物時，長期直接填埋可能會對生態(tài)環(huán)境造成持續(xù)壓力。未來，團(tuán)隊(duì)將致力于研發(fā)全生物降解體系，并計(jì)劃進(jìn)一步利用太陽光驅(qū)動的化學(xué)反應(yīng)，開發(fā)在產(chǎn)氫、固氮或固碳等環(huán)境可持續(xù)的應(yīng)用功能。
相關(guān)研究成果Conformal and conductive biofilm-bridged artificial Z-scheme system for visible light-driven overall watersplitting于近日發(fā)表在Science Advances(《科學(xué)進(jìn)展》)上。
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