海洋所在光致阴极保护和光催化降解有机污染物领域获新进展

  近日,腐蚀领域Top期刊Corrosion ScienceJCR 1区,IF6.355)和材料化学领域Top期刊Journal of Materials Chemistry CJCR 1区,IF6.641)发表betway必威海洋所陈卓元研究组在光致阴极保护和光催化降解有机污染物方面的最新研究成果。 

  光电化学技术被广泛应用于环境与能源领域研究。光电材料在光电化学反应过程中能够实现光生电子和空穴的有效分离,并分别参与相应的氧化还原反应,这一特殊的光生载流子的转移方式使得光致阴极保护技术孕育而生,其原理是利用太阳能激发光电材料产生光生电子,并转移到耦联金属上为其提供阴极保护。在光致阴极保护过程中,光电材料不会被消耗,同时,光电极的控制合成较为简单,成本较低,因此它是一种有巨大应用潜力、绿色环保的防腐蚀技术。 

  陈卓元研究组在Corrosion Science期刊报道了一种新颖的TiO2/MgTixOy相异质结薄膜电极,实现了在海洋环境中对304不锈钢的光致阴极保护,并具有很好的稳定性。同时,该研究首次采用扫描开尔文探针技术测量光电极材料的功函数,结果表明,TiO2/MgTixOy光电极较低的表面功函使得其电子逸出更容易,光照下可以产生较高浓度的光生电子,为304不锈钢提供更大的光致阴极保护电流。另外,多相异质结的建立使得TiO2/MgTixOy薄膜电极具有更好的光致阴极保护稳定性。该成果进一步丰富了表征光电极光致阴极保护性能的研究测试手段,并为深入理解光致阴极保护性能和稳定性提供了重要理论依据,得到同行广泛关注。 

 

扫描开尔文探针测试光电极的表面电位分布及光电材料的功函数Feng et al., Corrosion Science, 2020, 166: 108441

TiO2/MgTixOy多相异质结薄膜电极的光致阴极保护机理(Feng et al., Corrosion Science, 2020, 166: 108441    

  同时,陈卓元课题组在研究光催化降解有机污染物苯酚方面获得重要研究进展,撰写的研究论文在Journal of Materials Chemistry C刊发并被评选为封面文章。 

  被污染的淡水及海水中往往含有带苯环的难降解有机污染物,严重危害人类的生存环境。污水处理往往伴随着各种机械、生物、物理和化学过程,非常繁琐。光催化降解技术能有效降解有机污染物,是一种绿色环保的水处理技术。研究团队通过制备多孔ZnO纳米棒(ZnO-NRs)、Ag改性的多孔ZnO纳米棒(ZnO/Ag)和Ag/Ag2O纳米颗粒改性的多孔ZnO纳米棒(ZnO/Ag/Ag2O)光催化剂,并研究它们对苯酚降解过程的影响。与ZnO-NRsZnO/Ag相比,制备的ZnO/Ag/Ag2O光催化剂明显提高了光催化降解苯酚的性能。Ag/Ag2O纳米颗粒在光催化降解苯酚反应中起重要作用。对于ZnO-NRsZnO/Ag,氢醌是它们光催化降解苯酚过程中的主要中间产物,然而,对于ZnO/Ag/Ag2O,同时出现了中间产物氢醌和对苯醌。本研究深入分析和阐述了苯酚在光催化降解过程中中间产物的产生及变化的原因,揭示了ZnO/Ag/Ag2O加速光催化降解苯酚的机理,对于设计和合成具有高降解性能的光催化剂具有重要理论指导意义。 

ZnO/Ag/Ag2O光催化降解苯酚机理图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图

  以上两项成果得到国家自然科学基金面上项目、山东省重点研发计划(公益性科技攻关类)项目、青岛市创新领军人才项目和洛阳船舶材料研究所海洋腐蚀与防护国防科技重点实验室开放基金等项目联合资助。博士研究生冯昌为论文第一作者,陈卓元研究员为论文通讯作者。     

  论文信息如下:  

  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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