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本發(fā)明公開(kāi)了一種可見(jiàn)光光催化燃料電池及其制備方法，所述可見(jiàn)光光催化燃料電池以三氧化鎢/二氧化鈦納米管作為光陽(yáng)極，氧化銅/二氧化鈦納米管作為光陰極。本發(fā)明中還公開(kāi)了相應(yīng)的可見(jiàn)光光催化燃料電池制備方法，包括：（1）陽(yáng)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(yáng)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(guò)本發(fā)明，所獲得的可見(jiàn)光光催化燃料電池，可見(jiàn)光響應(yīng)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(xué)張靜、李長(zhǎng)波團(tuán)隊(duì)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(wú)害化處理技術(shù)”等關(guān)鍵技術(shù)無(wú)償捐獻(xiàn)給地方企業(yè)，助力企業(yè)戰(zhàn)勝疫情早日復(fù)工復(fù)產(chǎn)。捐贈(zèng)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(jí)二氧化鈦為代表的具有光催化功能的半導(dǎo)體材料的總稱，它涂布于基材表面，在紫外光及可見(jiàn)光的作用下，產(chǎn)生強(qiáng)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(xì)菌和病毒，并將細(xì)菌或真菌釋放出的毒素分解及無(wú)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(shí)際應(yīng)用，曾獲得國(guó)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(chǎng)所可以有效切斷污染源，避免病毒擴(kuò)散傳播，維護(hù)員工身體健康。對(duì)人流密集重點(diǎn)區(qū)域（如會(huì)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(jìn)行消毒。新冠病毒可通過(guò)糞便和污水傳播擴(kuò)散，針對(duì)這一情況，污水處理廠通過(guò)“紫外線、臭氧、次氯酸鈉”進(jìn)行“三重消殺”，但是過(guò)量消毒劑會(huì)沖擊下游生化系統(tǒng)。因此，工業(yè)企業(yè)應(yīng)該在生活污水出廠之前進(jìn)行預(yù)處理，保證效果的前盡量提下減少消毒劑的使用。

項(xiàng)目成果/簡(jiǎn)介:福州大學(xué)化學(xué)學(xué)院/能源與環(huán)境光催化國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)的研究論文“Molecular-level insights on the reactive facet of carbon nitride single crystals photocatalysing overall water splitting”在國(guó)際頂級(jí)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(wú)污染，是未來(lái)能源的理想載體。太陽(yáng)能光催化分解水制氫氣被認(rèn)為是獲取氫能源的理想途徑之一。開(kāi)發(fā)高效廉價(jià)的光催化劑是光解水技術(shù)的核心。近年來(lái)，氮化碳光催化劑由于其制備工藝簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，無(wú)毒無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，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(yīng)中的活性面。光催化全解水實(shí)驗(yàn)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(jìn)一步證實(shí)了{(lán)10-10}晶面是光催化反應(yīng)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(dá)到了１８６μmol／h和９１μmol／h，在３６５ｎｍ單色光照下的量子效率達(dá)到了８％，高于之前報(bào)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(yīng)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(chǔ)。

福州大學(xué)化學(xué)學(xué)院/能源與環(huán)境光催化國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)的研究論文“Molecular-level insights on the reactive facet of carbon nitride single crystals photocatalysing overall water splitting”在國(guó)際頂級(jí)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(wú)污染，是未來(lái)能源的理想載體。太陽(yáng)能光催化分解水制氫氣被認(rèn)為是獲取氫能源的理想途徑之一。開(kāi)發(fā)高效廉價(jià)的光催化劑是光解水技術(shù)的核心。近年來(lái)，氮化碳光催化劑由于其制備工藝簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，無(wú)毒無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，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(yīng)中的活性面。光催化全解水實(shí)驗(yàn)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(jìn)一步證實(shí)了{(lán)10-10}晶面是光催化反應(yīng)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(dá)到了１８６μmol／h和９１μmol／h，在３６５ｎｍ單色光照下的量子效率達(dá)到了８％，高于之前報(bào)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(yīng)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(chǔ)。

船舶在長(zhǎng)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(zhǎng)船舶使用壽命。船舶上經(jīng)常需要補(bǔ)刷油漆。光觸媒是一種以納米級(jí)二氧化鈦為代表的具有光催化功能的光半導(dǎo)體材料的總稱，它在紫外光及可見(jiàn)光的作用下，產(chǎn)生強(qiáng)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(shí)需要較強(qiáng)光照來(lái)催化，這導(dǎo)致它在長(zhǎng)年見(jiàn)不到陽(yáng)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(tuán)隊(duì)巧妙地應(yīng)利用石墨烯和金顆粒的特點(diǎn)，

本項(xiàng)目針對(duì)目前室內(nèi)空氣污染日益嚴(yán)重、對(duì)人體健康危害日益增加的問(wèn)題，成功解決了納米光催化技術(shù)的應(yīng)用難題，將其應(yīng)用于室內(nèi)空氣凈化，并根據(jù)我國(guó)實(shí)際情況，開(kāi)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(chǎng)所中央空調(diào)系統(tǒng)的光催化空氣凈化裝置。該項(xiàng)目被認(rèn)定為上海市高新技術(shù)成果轉(zhuǎn)化項(xiàng)目，已具備年產(chǎn)2萬(wàn)臺(tái)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(cè)，納米光催化空氣凈化裝置對(duì)細(xì)菌殺滅率高達(dá)99.90%，對(duì)TVOC的脫除率為90%，對(duì)可吸入顆粒物的凈化效率達(dá)國(guó)標(biāo)的1.6倍，其綜合技術(shù)總體上處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先，在細(xì)菌殺滅率和脫除TVOC的功能上達(dá)到國(guó)際同類產(chǎn)品的先進(jìn)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(jī)所等多家單位獲得應(yīng)用，其凈化效果遠(yuǎn)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(rèn)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(diǎn)， 是電動(dòng)汽車的理想動(dòng)力源。但燃料電池電動(dòng)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(wèn)題。 自2009年美國(guó)科學(xué)家在Science雜志報(bào)道氮參雜碳納米管(NC)具有潛在 的氧還原(0RR)催化活性以來(lái)，化學(xué)家與材料科學(xué)家一直在探尋如何進(jìn)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(dòng)機(jī)中的Pt/C催化劑。因此，我們的研究團(tuán)隊(duì)基于氮參雜石墨烯(NG)材料，在國(guó)際上首次通過(guò) “NG分子結(jié)構(gòu)一NG電導(dǎo)率一0RR催化活性”的關(guān)聯(lián)，找到了該科學(xué)難題的突破 點(diǎn).我們?cè)诜肿咏Y(jié)構(gòu)模擬的基礎(chǔ)上，認(rèn)識(shí)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(dǎo)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(dǎo)電性差，因而0RR 催化活性低。因此，有效的氮參雜應(yīng)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(yīng)，通過(guò)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(dá)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(dá)580mW/cm ,與Pt/C催化劑的0RR活性處于同一 個(gè)數(shù)量級(jí)，為世界領(lǐng)先水平。我們開(kāi)發(fā)的此類新型NG材料已經(jīng)具備了在燃料 電池發(fā)動(dòng)機(jī)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(yīng)空間 不僅克服了傳統(tǒng)開(kāi)放體系下合成的NG以丁基型為主，導(dǎo)電性差，活性低的弊病， 而且也克服了開(kāi)放體系下因摻N效率低而導(dǎo)致合成NG成本高的問(wèn)題。該研究成 果意味著，長(zhǎng)期困擾燃料電池實(shí)用化的高成本問(wèn)題將不再是瓶頸問(wèn)題。

本發(fā)明提供一種零價(jià)鐵與TiO2光催化耦合的類芬頓光催化反應(yīng)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(kāi)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(kāi)啟曝氣泵，采用玻璃容器底部曝氣方式驅(qū)動(dòng)混合反應(yīng)體系中的HCl溶液、TiO2催化劑和模擬染料廢水，反應(yīng)結(jié)束后，關(guān)閉紫外燈和曝氣泵，往反應(yīng)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(yīng)體系中35%-50%的色度和濁度，出水水質(zhì)可達(dá)到（GB18918-2002）一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)的要求。