大量的化石燃料消耗所產(chǎn)生二氧化碳排放造成全球氣候變暖及自然災(zāi)害等問題，如沙漠化和極端天氣，科學(xué)界正在努力尋找有效的解決方案。其中一種有前景的策略是人工光合作用，即利用水作為還原劑，將二氧化碳轉(zhuǎn)化為有價值的化學(xué)燃料和無機化合物，同時產(chǎn)生氧氣并存儲太陽能。然而，這個過程需要滿足光催化劑的熱力學(xué)要求，激活二氧化碳和水中的化學(xué)鍵，而這是一項具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。目前，科學(xué)家們已經(jīng)探索了各種策略來設(shè)計有效的光催化劑，這些策略已經(jīng)取得了一些成功，但是光催化劑的量子產(chǎn)率依然有待提高。另外，現(xiàn)有的研究重點主要集中在二氧化碳的轉(zhuǎn)化上，而并未充分關(guān)注到水的分解過程。以自然光合作用為靈感，科學(xué)家們正在開發(fā)基于葉綠素衍生物的光催化系統(tǒng)，以驅(qū)動水分解為氧氣的反應(yīng)。然而，這仍然是一個具有挑戰(zhàn)性的問題，需要進一步的研究和探索。
針對上述科學(xué)問題，南京工業(yè)大學(xué)化工學(xué)院、材料化學(xué)工程國家重點實驗室陳蘇教授團隊開發(fā)了一種創(chuàng)新的人工光合作用系統(tǒng)，這可能是緩解全球變暖和減少溫室氣體排放的一個有效策略。該系統(tǒng)巧妙利用了微流體氣噴紡絲技術(shù)（microfluidic blowing-spinning）可制備超細(xì)納米纖維（小于100 nm）及生產(chǎn)效率高的特點 (該設(shè)備由南京捷納思科技有限公司提供)，將膠體粒子和葉綠素鈉銅鹽混合物噴涂到聚酯織物上，形成了一種具有獨特光子結(jié)構(gòu)的模擬生物虹膜質(zhì)體的光催化劑。這種新型的光催化劑可以在織物中負(fù)載，如可作為一種光催化遮陽傘，用于二氧化碳轉(zhuǎn)化并產(chǎn)生氧氣。這種新型光催化劑的工作原理在于源自光子晶體結(jié)構(gòu)的慢光子效應(yīng)將光子限制在晶體中，并增加光子和光催化劑之間的相互作用。通過合理設(shè)計，光催化劑的吸收帶與光子晶體禁帶邊緣重疊，從而實現(xiàn)了二氧化碳還原的最佳光子增強效果。最終這種光催化劑的光催化活性顯著提高，氧氣的產(chǎn)生速率達到了7.8毫摩/克·小時，比純?nèi)~綠素銅鈉鹽高出24倍以上。織物不僅有紡織品的功效的同時又賦予轉(zhuǎn)化二氧化碳制氧的功效，為納米纖維的高效利用提供了可實用化的案例。
這項工作的成功，不僅為設(shè)計更高效的光催化織物提供了靈感，也為解決我們當(dāng)前面臨的溫室氣體排放的環(huán)境問題提供了新的策略和可能的方向。該研究成果于近日發(fā)表在化學(xué)工程領(lǐng)域的重要期刊《Chemical Engineering Journal》上（影響因子：16.744）。“Biomimetic Chlorophyll Derivatives-based Photocatalytic Fabric for Highly Efficient O2Production via CO2 and H2O Photoreaction”(Chemical Engineering Journal 472 (2023) 145103)。南京工業(yè)大學(xué)博士后于淑貞為第一作者。南京工業(yè)大學(xué)金奇杰、朱亮亮、陳蘇教授為通訊作者。
該課題得到了國家自然科學(xué)基金項目、江蘇省特聘教授計劃和中國博士后科學(xué)基金項目資助。
中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會 中華人民共和國工業(yè)和信息化部 中華人民共和國應(yīng)急管理部 中華人民共和國生態(tài)環(huán)境部 中華人民共和國科學(xué)技術(shù)部 中華人民共和國財政部 中華人民共和國商務(wù)部 中國石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會
江蘇省發(fā)展和改革委員會 江蘇省工業(yè)和信息化廳 江蘇省財政廳 江蘇省生態(tài)環(huán)境廳 江蘇省科學(xué)技術(shù)廳 江蘇省商務(wù)廳 江蘇省應(yīng)急管理廳 江蘇省市場監(jiān)督管理局 江蘇省統(tǒng)計局
北京市化學(xué)工業(yè)協(xié)會 天津市石油和化工協(xié)會 遼寧省石油和化學(xué)工業(yè)協(xié)會 內(nèi)蒙古石油和化學(xué)工業(yè)協(xié)會 重慶市石油與天然氣學(xué)會 河北省石油和化學(xué)工業(yè)協(xié)會 山西省化學(xué)工業(yè)協(xié)會 吉林省能源協(xié)會 黑龍江省石化行業(yè)協(xié)會 浙江省石油和化學(xué)工業(yè)行業(yè)協(xié)會 安徽省石油和化學(xué)工業(yè)協(xié)會 福建省石油和化學(xué)工業(yè)協(xié)會 江西省石油和化學(xué)工業(yè)協(xié)會 河南省石油和化學(xué)工業(yè)協(xié)會 湖北省石化行業(yè)協(xié)會 湖南省石油化學(xué)工業(yè)協(xié)會 廣東省石油和化學(xué)工業(yè)協(xié)會 海南省石油和化學(xué)工業(yè)行業(yè)協(xié)會 四川省化工行業(yè)協(xié)會 貴州省化學(xué)工業(yè)協(xié)會 云南省化工行業(yè)協(xié)會 陜西省經(jīng)濟聯(lián)合會 甘肅省石化工業(yè)協(xié)會 青海省化工協(xié)會
電話：協(xié)會：025-8799064 學(xué)會：025-86799482
會員服務(wù)部：025-86918841
信息部：025-86910067
傳真：025-83755381
郵箱：jshghyxh@163.com
郵編：210019
地址：南京市夢都大街50號東樓(省科技工作者活動中心)5樓
增值電信業(yè)務(wù)經(jīng)營許可證：蘇B2-20110130
備案號：蘇ICP備13033418號-1
電話：025-8799064
會員服務(wù)部：86918841
信息部：86910067
傳真：025-83755381
郵箱：jshghyxh@163.com
郵編：210019
地址：南京市夢都大街50號東樓(省科技工作者活動中心)5樓
電話：025-86799482
會員服務(wù)部：86918841
信息部：86910067
傳真：025-83755381
郵箱：jshghyxh@163.com
郵編：210019
地址：南京市夢都大街50號東樓(省科技工作者活動中心)5樓
