海洋所在光致陰極保護和光催化降解有機污染物領域獲新進展

  近日,腐蝕領域Top期刊Corrosion ScienceJCR 1區,IF6.355)和材料化學領域Top期刊Journal of Materials Chemistry CJCR 1區,IF6.641)發表中科院海洋所陳卓元研究組在光致陰極保護和光催化降解有機污染物方面的最新研究成果。 

  光電化學技術被廣泛應用于環境與能源領域研究。光電材料在光電化學反應過程中能夠實現光生電子和空穴的有效分離,并分別參與相應的氧化還原反應,這一特殊的光生載流子的轉移方式使得光致陰極保護技術孕育而生,其原理是利用太陽能激發光電材料產生光生電子,并轉移到耦聯金屬上為其提供陰極保護。在光致陰極保護過程中,光電材料不會被消耗,同時,光電極的控制合成較為簡單,成本較低,因此它是一種有巨大應用潛力、綠色環保的防腐蝕技術。 

  陳卓元研究組在Corrosion Science期刊報道了一種新穎的TiO2/MgTixOy相異質結薄膜電極,實現了在海洋環境中對304不銹鋼的光致陰極保護,并具有很好的穩定性。同時,該研究首次采用掃描開爾文探針技術測量光電極材料的功函數,結果表明,TiO2/MgTixOy光電極較低的表面功函使得其電子逸出更容易,光照下可以產生較高濃度的光生電子,為304不銹鋼提供更大的光致陰極保護電流。另外,多相異質結的建立使得TiO2/MgTixOy薄膜電極具有更好的光致陰極保護穩定性。該成果進一步豐富了表征光電極光致陰極保護性能的研究測試手段,并為深入理解光致陰極保護性能和穩定性提供了重要理論依據,得到同行廣泛關注。 

 

掃描開爾文探針測試光電極的表面電位分布及光電材料的功函數Feng et al., Corrosion Science, 2020, 166: 108441

TiO2/MgTixOy多相異質結薄膜電極的光致陰極保護機理(Feng et al., Corrosion Science, 2020, 166: 108441    

  同時,陳卓元課題組在研究光催化降解有機污染物苯酚方面獲得重要研究進展,撰寫的研究論文在Journal of Materials Chemistry C刊發并被評選為封面文章。 

  被污染的淡水及海水中往往含有帶苯環的難降解有機污染物,嚴重危害人類的生存環境。污水處理往往伴隨著各種機械、生物、物理和化學過程,非常繁瑣。光催化降解技術能有效降解有機污染物,是一種綠色環保的水處理技術。研究團隊通過制備多孔ZnO納米棒(ZnO-NRs)、Ag改性的多孔ZnO納米棒(ZnO/Ag)和Ag/Ag2O納米顆粒改性的多孔ZnO納米棒(ZnO/Ag/Ag2O)光催化劑,并研究它們對苯酚降解過程的影響。與ZnO-NRsZnO/Ag相比,制備的ZnO/Ag/Ag2O光催化劑明顯提高了光催化降解苯酚的性能。Ag/Ag2O納米顆粒在光催化降解苯酚反應中起重要作用。對于ZnO-NRsZnO/Ag,氫醌是它們光催化降解苯酚過程中的主要中間產物,然而,對于ZnO/Ag/Ag2O,同時出現了中間產物氫醌和對苯醌。本研究深入分析和闡述了苯酚在光催化降解過程中中間產物的產生及變化的原因,揭示了ZnO/Ag/Ag2O加速光催化降解苯酚的機理,對于設計和合成具有高降解性能的光催化劑具有重要理論指導意義。 

ZnO/Ag/Ag2O光催化降解苯酚機理圖Feng et al., Journal of Materials Chemistry C, 2020, 8: 3000-3009 

ZnO/Ag/Ag2O光催化降解苯酚研究文章封面圖

  以上兩項成果得到國家自然科學基金面上項目、山東省重點研發計劃(公益性科技攻關類)項目、青島市創新領軍人才項目和洛陽船舶材料研究所海洋腐蝕與防護國防科技重點實驗室開放基金等項目聯合資助。博士研究生馮昌為論文第一作者,陳卓元研究員為論文通訊作者。     

  論文信息如下:  

  Chang Feng, Zhuoyuan Chen*, Jiangping Jing, et al., A novel TiO2 nanotube arrays/MgTixOy multiphase-heterojunction film with high efficiency for photoelectrochemical cathodic protection, Corrosion Science, 2020, 166: 108441. (DOI: 10.1016/j.corsci.2020.108441)      

  Chang Feng, Zhuoyuan Chen*, Jiangping Jing, et al. The photocatalytic phenol degradation mechanism of the Ag-modified ZnO nanorods, Journal of Materials Chemistry C, 2020, 8: 3000-3009. (DOI: 10.1039/C9TC05010H) 

    


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