人工光合作用的轻型催化剂

碳氮化合物气凝胶能够调节水的光催化转化

纳米化学与宏观结构相结合:中国科学家报道了碳纳米材料宏观(肉眼可见)气凝胶的合成。这是一种很好的催化剂,能够在可见光照射下进行水裂解反应。这项研究发表在应用化学杂志期刊杂志上面,对源自三聚氰胺类碳氮化合物的材料特性增加了新的应用机会。

三聚氰胺可以与甲醛聚合,形成一种高耐用并且轻便的树脂,但它也可以浓缩成一种碳氮化合物的纳米结构。这些由碳和氮元素所形成的结构能够将石墨烯的蜂窝状电子活性网络和氮的一些额外功能结合起来。Xinchen Wang和他在中国福州大学的团队正在寻找一种方法,将这些纳米材料组装成一个稳定的宏观体系结构,现在已经准备了一种催化活性高、稳定的轻量级材料,该材料在人工光合作用中起着重要的作用并且提供了非常有趣的结构和电子特性。

气凝胶是凝胶,但组成却没有水份——其结构的99%都是空气。这种孔隙度为催化或传感应用方面提供了一个巨大的理想表面。由于碳氮化合物是一种非常有趣的纳米结构,具有类似于石墨烯的特性但是又具备氮元素的功能。所以研究者们长期以来一直想寻求该种材料并想将它们引入一个受控的宏观组装。“因为CN是富含氮的群体,可以预测的到 CN可能会有一些有趣的组装行为,譬如类似生物系统中的蛋白质或多肽。”作者在文章中提到。

提高表面积和增多催化位点数量将会使这些气凝胶成为高功能性的宏观材料。科学家们仅利用纳米粒子内部的物理性的相互作用力,就制备了一种碳氮化合物纳米粒子组成的胶体溶液。首先是将其固定在水凝胶中,然后通过传统的冷冻干燥技术将其转化为稳定的气凝胶。“这种方法有几个优点,包括用于大规模生产的延展性和低成本的消耗。” 作者提到,与铂金助催化剂相结合,气凝胶在氢析反应中作为光催化剂的催化效应要远远大于碳氮化合物的催化效应,而在可见光照射下,当大量的碳氮化合物不起作用时,过氧化氢就会从纯水中裂解产生。

因此,通过从纳米到宏观的化学和物理特性的结合,他们创造了一种新的具有很好的催化作用轻质材料,这是利用三聚氰胺构建新材料的一种和很有希望和前途的应用。

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