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新型半人工光合涂層材料有望應用新能源領域
2024年06月25日 10:10:26
來源：化工儀器網 點擊量：7969
該涂層通過模擬自然光合作用，實現了可見光驅動下的全解水，為清潔能源的利用開辟了新的途徑。
【化工儀器網 項目成果】隨著全球能源危機和環境問題的日益嚴峻，清潔能源已成為推動人類社會可持續發展的重要動力。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，成為了全球科研人員關注的熱點。
深圳先進院合成生物學研究所研究員鐘超團隊與上海科技大學物質科學與技術學院研究員馬貴軍團隊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換效率，并依托工程化大腸桿菌生物被膜，成功開發了共形貼附導電生物被膜。該涂層通過模擬自然光合作用，實現了可見光驅動下的全解水，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“細菌種子”，在涂層表面進行大腸桿菌生物被膜的原位生長；由于細菌本身不具備導電性，需要再利用原位聚合的方式制備導電生物被膜，通過化學修飾使其獲得導電能力。
此外，這一涂層在不同壓力下表現出了卓越耐受性。即便在常壓條件下，其催化效率也能保持穩定，有效避免了金屬導電材料在逆反應中常見的催化效率下降的問題。研究結果表明，該涂層在連續運行100小時后，催化效率未見衰減，且材料結構保持完好，顯示出了優異的長期穩定性。
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立的自支撐膜，而且還展現出了較強的機械穩定性。
研究團隊介紹，半人工Z-scheme雜化涂層中尚存在部分難以降解循環的合成無機材料，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環境造成持續壓力。未來，團隊將致力于研發全生物降解體系，并計劃進一步利用太陽光驅動的化學反應，開發在產氫、固氮或固碳等環境可持續的應用功能。
相關研究成果Conformal and conductive biofilm-bridged artificial Z-scheme system for visible light-driven overall watersplitting于近日發表在Science Advances(《科學進展》)上。
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