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英国斯旺西大学开发新材料,通过太阳能清除水污染物

2017-07-06 48浏览 标签: 英国太阳能

2017629日,英国斯旺西大学能源安全研究所ESRI)的科学家开发了一种新型复合材料,可作为降解对环境有害的合成染料污染物的催化剂使用,这些污染物每年以近30万吨的速度释放到环境中。


氮化钽纳米颗粒粉末(左),氧化钨纳米线粉末(中),氮化钽/氧化钨复合材料粉末(右)


这种新型无毒光催化材料有效地从水中除去染料污染物,吸收90%以上的染料,并通过可见光将染料分解速率提高近10倍。

将密封容器内的反应混合物在高压下加热,通过在氮化钽的微小颗粒表面生长超薄氧化钨纳米线来制备复合材料。由于两种材料尺寸非常小,所以其组成的复合材料为染色捕捉提供了巨大的表面积。

光催化降解过程中,材料继续使用由阳光提供的能量将染料分解成更小的无害分子。除去有害染料后,催化剂可以简单地从清洁的水中过滤并重复使用。

虽然染料的光催化降解已经被研究了几十年,但是直到近些年,研究人员开发了能够吸收太阳能光谱可见部分的材料其他材料如二氧化钛也能够使用太阳能,但效率受到限制,仅能吸收更高的能量,紫外线。通过利用更广泛的光谱范围,斯旺西大学能源安全研究所的研究团队开发的材料能够以更优异的速度去除污染物。

研究中使用的两种材料近年来都引起了广泛的兴趣。氧化钨具有高导电性化学稳定性和表面活性,因此在一系列光催化应用中都极具前景。作为低带隙半导体氮化钽能够吸收几乎整个可见光谱,因此可从太阳光中提取大量的能量为降解过程提供动力。


然而,两种材料的真正潜力只有组合成单一复合材料后才能实现。由于两种材料之间的电子交换,研究中使用的测试染料被复合材料分解的速率几乎是单独使用氮化钽的两倍,而单独使用氧化钨则无法降解染料。其他先进的光催化材料中许多对人体和水生生物有毒,但是这种新开发的复合材料的两个部分都被归类为无害材料。

Daniel Jones 博士表示:“现在我们已经论证了我们开发的复合材料的性能,我们的目标不仅在于进一步改进材料,还在于规模化复合材料以适应实际应用。此外,我们还探索这种复合材料在其他领域的可行性,例如光催化分解水制氢

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