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江南大學(xué)研發(fā)仿生向日葵水凝膠：一種自主光跟蹤光催化系統(tǒng)
文章來源：「高分子材料科學(xué)」微信 更新時(shí)間：2021-06-16 14:33:34
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【科研摘要】
開發(fā)能夠全天有效捕獲光的自適應(yīng)光催化系統(tǒng)不僅是一個(gè)夢(mèng)想，也是一個(gè)挑戰(zhàn)。最近，魯汶大學(xué)Feili Lai博士/江南大學(xué)劉天西教授團(tuán)隊(duì)報(bào)告了一種基于光響應(yīng)的智能水凝膠的“仿生向日葵”，它可以自發(fā)地將自身定向并定向到光源上，從而模仿植物向光性。作為一種新型的光催化系統(tǒng)，它可以有效地恢復(fù)斜入射能量密度的損失，并在0至90°的任意入射角下將光催化效率保持在最大水平。
以產(chǎn)生H2O2的光催化為例，與沒有光致性的相同光催化體系（83.5 μmol g-1 h -1）。通過COMSOL Multiphysics模擬和密度泛函理論（DFT）計(jì)算進(jìn)行的理論分析揭示了促動(dòng)運(yùn)動(dòng)背后的機(jī)制，該機(jī)制觸發(fā)了仿生向日葵的彎曲并確定了光催化過程中生成H2O2的活性位點(diǎn)。這項(xiàng)工作提出了一種新穎的光催化概念，可以通過最佳利用太陽能來促進(jìn)任何傳統(tǒng)的光催化反應(yīng)。相關(guān)論文以題為The Bionic Sunflower: A Bio-inspired Autonomous Light Tracking Photocatalytic System發(fā)表在《Energy & Environmental Science》上。
【主圖導(dǎo)讀】
 圖1.（a）是天然向日葵的示意圖和仿生向日葵的組成的示意圖。（b）仿生向日葵的照片。（c）CPH和（d）RPH的SEM圖像。（e）CdS/rGO復(fù)合材料的TEM圖像。（f）rGO，CdS塊和CdS/rGO復(fù)合物的XRD圖譜和（g）UV-Vis漫反射光譜。
 圖2.（a）不同入射光角度的仿生向日葵的照片。（b）彎曲的仿生向日葵形狀恢復(fù)過程的照片。（c）仿生向日葵光響應(yīng)行為的形狀穩(wěn)定性。（d）RPH隨溫度升高的歸一化體積曲線。（e）擬議的仿生向日葵的光致變色原理和方法。（f）仿生向日葵不同部位的時(shí)間依賴性溫度。（g）RPH模型中的模擬熱分布。
 圖3. 分別在（a）不同的氣氛和（b）不同的溫度下仿生向日葵的H2O2生成。（c）在不同的入射角下，沒有光致變色物質(zhì)的仿生向日葵的H2O2釋放速率。（d）在90°輻射下，H2O2的形成取決于仿生向日葵的時(shí)間，并且沒有光致變色物質(zhì)。（e-f）然后將仿生向日葵和對(duì)照樣品在不同的天頂角和方位角（90°天頂角）下歸一化的ECE（能量收集效率）。
 圖4.（a-b）在CdS，CdS/rGO-up，CdS/rGO-down和rGO的不同位置上發(fā)生兩種反應(yīng)機(jī)理后，生成H2O2的自由能圖。插圖顯示了催化過程中CdS/rGO-up表面的優(yōu)化結(jié)構(gòu)。 |
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