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姜波博士在《Advanced Functional Materials》上发表研究成果

[ 发布时间:2021-08-14 ]


近日,宝博·体育金永灿教授团队与苏州大学纳米与软物质研究院江林、梁志强教授团队合作在国际著名材料类综合性期刊Advanced Functional Materials(中文译名《先进功能材料》,影响因子18.808)在线发表了题为“Wood-Inspired Binder Enabled Vertical 3D Printing of g-C3N4/CNT Arrays for Highly Efficient Photoelectrochemical Hydrogen Evolution”的研究论文。宝博·体育(中国)官方入口为本研究的第一完成单位,我校金永灿教授和苏州大学江林、梁志强教授为通讯作者,轻工宝博青年教师姜波为论文第一作者。

二维(2D)纳米材料因其超薄结构、高比表面积、丰富的活性位点和优异的电子传输能力,在光电化学领域应用潜力巨大。然而,常用的无序堆叠的2D纳米材料的应用一直受到电荷传输曲折度高、表面活性位点少、传质效率低等问题的限制。天然木材具有的层级多孔结构为多相(流体、气体、离子等)传输和多谱线能量(光、声、微波等)转移提供了通道,并且木材中木质素填充在细胞壁微纤丝之间,增强了细胞壁的刚性和尺寸稳定性。受此启发,金永灿教授团队与江林教授团队针对上述挑战,以2D石墨相氮化碳(g-C3N4)为主要原料,木质素为胶黏剂,碳纳米管(CNT)为添加剂,创新性地提出了垂直三维(3D)打印策略,利用“墨水”在打印过程中受针头剪切应力的作用,构建了层级多孔的g-C3N4/CNT垂直取向(高1.5 mm)阵列结构。垂直阵列结构由于光的多重散射增强了可见光的捕获能力,CNT的添加显著提升了g-C3N4表面光生电子的转移效率。g-C3N4/CNT垂直阵列的层级多孔结构使其暴露丰富的活性位点,可作为传质通道,获得高效的水相化学反应。特别地,g-C3N4纳米片的垂直取向益于电子的直接快速传输,可减小电子传输势垒,避免了电子在无序堆叠膜结构中传输的高曲折度。同时,木质素的熔融胶黏特性以及天然的疏水性,增强了g-C3N4/CNT垂直阵列在水相反应中的结构稳定性,使其表现出优异的光电催化制氢潜力。论文提出的简单和可拓展的垂直3D打印策略为提升2D纳米材料的光电催化性能提供了新的思路。

该成果得到国家自然科学基金重点项目等资助。

研究论文链接:https://doi.org/10.1002/adfm.202105045


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