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本發(fā)明公開了一種可見光光催化燃料電池及其制備方法，所述可見光光催化燃料電池以三氧化鎢/二氧化鈦納米管作為光陽極，氧化銅/二氧化鈦納米管作為光陰極。本發(fā)明中還公開了相應的可見光光催化燃料電池制備方法，包括：（1）陽極氧化法制備片狀二氧化鈦納米管；（2）陰極方波電沉積法制備三氧化鎢/二氧化鈦納米管光陽極；（3）恒電位極化法制備氧化銅/二氧化鈦納米管光陰極；（4）制備光催化燃料電池。通過本發(fā)明，所獲得的可見光光催化燃料電池，可見光響應好，光催化性能高且污染物降解能力顯著。

遼寧石油化工大學張靜、李長波團隊將多年研究成果“光催化消毒滅菌技術(shù)”、“生活污水、固體廢棄物無害化處理技術(shù)”等關(guān)鍵技術(shù)無償捐獻給地方企業(yè)，助力企業(yè)戰(zhàn)勝疫情早日復工復產(chǎn)。捐贈的技術(shù)首先在撫順鋁業(yè)有限公司試行。 光催化材料是一種以納米級二氧化鈦為代表的具有光催化功能的半導體材料的總稱，它涂布于基材表面，在紫外光及可見光的作用下，產(chǎn)生強烈催化降解功能，能有效地降解空氣中甲醛等有毒有害氣體，殺滅多種細菌和病毒，并將細菌或真菌釋放出的毒素分解及無害化處理，具備除臭、抗污、凈化空氣等功能。張靜教授多年研究光催化技術(shù)的實際應用，曾獲得國家發(fā)明授權(quán)專利。采用該專利技術(shù)制備的納米氧化鈦溶膠，顆粒大小合適、粒子分散度好，消毒殺菌、凈化空氣效果好。將其噴涂在辦公場所可以有效切斷污染源，避免病毒擴散傳播，維護員工身體健康。對人流密集重點區(qū)域（如會議室、辦公室、食堂），除了采用傳統(tǒng)酒精消毒劑外，還可以采用光催化消毒滅菌技術(shù)進行消毒。新冠病毒可通過糞便和污水傳播擴散，針對這一情況，污水處理廠通過“紫外線、臭氧、次氯酸鈉”進行“三重消殺”，但是過量消毒劑會沖擊下游生化系統(tǒng)。因此，工業(yè)企業(yè)應該在生活污水出廠之前進行預處理，保證效果的前盡量提下減少消毒劑的使用。

項目成果/簡介:福州大學化學學院/能源與環(huán)境光催化國家重點實驗室創(chuàng)新團隊的研究論文“Molecular-level insights on the reactive facet of carbon nitride single crystals photocatalysing overall water splitting”在國際頂級刊物《Nature Catalysis》在線發(fā)表。 氫氣由于其能量密度高，燃燒后生成水清潔無污染，是未來能源的理想載體。太陽能光催化分解水制氫氣被認為是獲取氫能源的理想途徑之一。開發(fā)高效廉價的光催化劑是光解水技術(shù)的核心。近年來，氮化碳光催化劑由于其制備工藝簡單，價格低廉，無毒無污染等優(yōu)點，受到了廣泛的關(guān)注。 該工作以具有高結(jié)晶度的氮化碳光催化劑polytriazine imides（PTI）單晶為模型，研究了其在光催化全解水反應中的活性面。光催化全解水實驗表明，PTI的性能與其{10-10}/{0001}晶面的面積比呈近似線性關(guān)系，進一步證實了{10-10}晶面是光催化反應的活性面。此外，{10-10}晶面比例最大的光催化劑在全解水中的產(chǎn)氫與產(chǎn)氧速率分別達到了１８６μmol／h和９１μmol／h，在３６５ｎｍ單色光照下的量子效率達到了８％，高于之前報道的結(jié)果。該論文從分子尺度上研究了氮化碳光催化劑的反應活性面，為高性能氮化碳光催化劑的發(fā)展提供了重要的研究基礎。

福州大學化學學院/能源與環(huán)境光催化國家重點實驗室創(chuàng)新團隊的研究論文“Molecular-level insights on the reactive facet of carbon nitride single crystals photocatalysing overall water splitting”在國際頂級刊物《Nature Catalysis》在線發(fā)表。 氫氣由于其能量密度高，燃燒后生成水清潔無污染，是未來能源的理想載體。太陽能光催化分解水制氫氣被認為是獲取氫能源的理想途徑之一。開發(fā)高效廉價的光催化劑是光解水技術(shù)的核心。近年來，氮化碳光催化劑由于其制備工藝簡單，價格低廉，無毒無污染等優(yōu)點，受到了廣泛的關(guān)注。 該工作以具有高結(jié)晶度的氮化碳光催化劑polytriazine imides（PTI）單晶為模型，研究了其在光催化全解水反應中的活性面。光催化全解水實驗表明，PTI的性能與其{10-10}/{0001}晶面的面積比呈近似線性關(guān)系，進一步證實了{10-10}晶面是光催化反應的活性面。此外，{10-10}晶面比例最大的光催化劑在全解水中的產(chǎn)氫與產(chǎn)氧速率分別達到了１８６μmol／h和９１μmol／h，在３６５ｎｍ單色光照下的量子效率達到了８％，高于之前報道的結(jié)果。該論文從分子尺度上研究了氮化碳光催化劑的反應活性面，為高性能氮化碳光催化劑的發(fā)展提供了重要的研究基礎。

船舶在長期在干燥 高鹽、高腐蝕的還是環(huán)境中航行，油漆容易剝落，為了保養(yǎng)船舶 延長船舶使用壽命。船舶上經(jīng)常需要補刷油漆。光觸媒是一種以納米級二氧化鈦為代表的具有光催化功能的光半導體材料的總稱，它在紫外光及可見光的作用下，產(chǎn)生強烈催化降解功能：能有效地降解空氣中有毒有害氣體，還具備除甲醛、除臭、抗污、凈化空氣等功能。但是光觸媒在發(fā)揮作用時需要較強光照來催化，這導致它在長年見不到陽光，只能依靠普通照明燈光的船舶內(nèi)部船艙失去用武之地。團隊巧妙地應利用石墨烯和金顆粒的特點，

本項目針對目前室內(nèi)空氣污染日益嚴重、對人體健康危害日益增加的問題，成功解決了納米光催化技術(shù)的應用難題，將其應用于室內(nèi)空氣凈化，并根據(jù)我國實際情況，開發(fā)出多種終端產(chǎn)品，包括用于家庭的光催化空氣凈化器，用于交通工具的車載空氣凈化器以及用于公共場所中央空調(diào)系統(tǒng)的光催化空氣凈化裝置。該項目被認定為上海市高新技術(shù)成果轉(zhuǎn)化項目，已具備年產(chǎn)2萬臺納米光催化空氣凈化裝置的生產(chǎn)能力。經(jīng)權(quán)威部門檢測，納米光催化空氣凈化裝置對細菌殺滅率高達99.90%，對TVOC的脫除率為90%，對可吸入顆粒物的凈化效率達國標的1.6倍，其綜合技術(shù)總體上處于國內(nèi)領先，在細菌殺滅率和脫除TVOC的功能上達到國際同類產(chǎn)品的先進水平。目前中央空調(diào)用凈化裝置已在浦東星河灣酒店、興業(yè)銀行、中科院西安光機所等多家單位獲得應用，其凈化效果遠優(yōu)于普通的吸附、靜電除塵等技術(shù)手段，獲得用戶的高度認可。

質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)具有能量轉(zhuǎn)換效率高和環(huán)境友好等優(yōu)點， 是電動汽車的理想動力源。但燃料電池電動汽車(FCV)的商業(yè)化，必須解決基 于碳載鉗(Pt/C)催化劑FCV的高成本問題。 自2009年美國科學家在Science雜志報道氮參雜碳納米管(NC)具有潛在 的氧還原(0RR)催化活性以來，化學家與材料科學家一直在探尋如何進一步 提高NC材料的0RR催化活性的方法，以代替目前燃料電池發(fā)動機中的Pt/C催化劑。因此，我們的研究團隊基于氮參雜石墨烯(NG)材料，在國際上首次通過 “NG分子結(jié)構(gòu)一NG電導率一0RR催化活性”的關(guān)聯(lián)，找到了該科學難題的突破 點.我們在分子結(jié)構(gòu)模擬的基礎上，認識到三種氮參雜NG材料中，既唳型和既 咯型具有二維平面結(jié)構(gòu)，使NG保持了石墨烯原有的平面共輾大兀鍵結(jié)構(gòu)，具 有良好的導電性，因而具有優(yōu)異的0RR催化活性；而丁基型NG為三維空間不 平整結(jié)構(gòu)，破壞了石墨烯原有的二維平面共巍大e鍵結(jié)構(gòu)，導電性差，因而0RR 催化活性低。因此，有效的氮參雜應以唬唳型和唬咯型為主，盡可能減少甚至 杜絕丁基型NG的形成。我們利用層狀材料(LM)的層間限域效應，通過調(diào)制LM 層間距，在LM層間插入苯胺單體，層間聚合，然后熱解的方法，獲得平面氮參雜 達90%以上的NG材料。其催化0RR的半波電位僅比Pt/C催化劑落后60mV,是傳 統(tǒng)方法下獲得的NG材料0RR催化活性的54倍，以該材料為正極催化劑的質(zhì)子 交換膜燃料電池的輸出功率達580mW/cm ,與Pt/C催化劑的0RR活性處于同一 個數(shù)量級，為世界領先水平。我們開發(fā)的此類新型NG材料已經(jīng)具備了在燃料 電池發(fā)動機中完全替代Pt/C催化劑的可能性。LM層間近乎封閉的扁平反應空間 不僅克服了傳統(tǒng)開放體系下合成的NG以丁基型為主，導電性差，活性低的弊病， 而且也克服了開放體系下因摻N效率低而導致合成NG成本高的問題。該研究成 果意味著，長期困擾燃料電池實用化的高成本問題將不再是瓶頸問題。

本發(fā)明提供一種零價鐵與TiO2光催化耦合的類芬頓光催化反應體系的方法，該方法步驟：配制1L濃度為10mg/L-100mg/L的模擬染料廢水置于玻璃容器中，向該模擬染料廢水中加入0.1g-2g?Fe0，用濃度為1mol/L的HCl溶液調(diào)節(jié)所述模擬染料廢水的pH=3，然后向所述染料廢水中投加1g/L的TiO2催化劑，開啟λ=254nm的紫外燈，將盛有模擬染料廢水的玻璃容器置于所述紫外燈下，開啟曝氣泵，采用玻璃容器底部曝氣方式驅(qū)動混合反應體系中的HCl溶液、TiO2催化劑和模擬染料廢水，反應結(jié)束后，關(guān)閉紫外燈和曝氣泵，往反應體系中加入2-10ml濃度為1mol/L的NaOH溶液，靜置沉淀30-60min。本發(fā)明的效果是可降低反應體系中35%-50%的色度和濁度，出水水質(zhì)可達到（GB18918-2002）一級A標準的要求。