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科學家研發石墨烯钛催化劑 為能淨化空氣的混凝土奠定基礎

研究人員使用液相剝離技術将石墨烯層從基礎材料石墨上剝離下來,但是對這一常規過程進行了新的調整-他們在混合物中添加了二氧化钛納米顆粒。這使他們能夠創建一種新的石墨烯-二氧化钛納米複合材料。

據外媒報道,一組工程師将石墨烯和二氧化钛納米顆粒結合在一起,制成了一種新型的太陽能催化劑,該催化劑可以将吸收空氣中的污染物,效率比其他催化劑高得多。催化劑可以塗在建築物或街道表面上,以改善城市的空氣質量。

盡管二氧化碳經常成為大氣污染的頭條新聞,但它遠非唯一引發大氣污染的化合物。通過汽車尾氣和工業過程排放的氮氧化物和揮發性有機化合物,導緻霧霾并損害人類健康。

在過去的幾年中,研究人員進行了使用二氧化钛納米顆粒(也稱為二氧化钛)的實驗,以清除這種空氣污染。二氧化钛起着光催化劑的作用,這意味着一旦被光激活,它就會分解污染物。這已被用于空氣淨化混凝土和鋁制建築面闆以及濾水器中。

在過去的工作中,二氧化钛表面顯示出将大氣中的氮氧化物轉化為無害硝酸鹽的效率高達45%。對于新研究,該團隊設法将這一比例提高到70%。而秘密成分是石墨烯。

研究人員使用液相剝離技術将石墨烯層從基礎材料石墨上剝離下來,但是對這一常規過程進行了新的調整-他們在混合物中添加了二氧化钛納米顆粒。這使他們能夠創建一種新的石墨烯-二氧化钛納米複合材料。

然後可以将這種材料施加到街道,人行道或建築物外牆等表面上,以被動地清潔空氣。它完全由陽光提供動力,因此産生的硝酸鹽是無害的。

研究人員表示:“這種光催化水泥基質适用于建築,其可以通過減少氮氧化物和空氣污染使表面自潔-即所謂的‘吸收霧霾’的效果。石墨烯可以幫助改善二氧化钛等催化劑的光催化行為,并增強水泥的性能。”

該團隊通過制造光催化闆并将其暴露于污染物中來測試混合物。在一項測試中,他們使用了羅丹明B(,其分子結構與揮發性有機污染物相似。在水中進行測試并通過紫外線激活後,研究小組發現,石墨烯-二氧化钛複合材料比單獨的二氧化钛催化劑降解的羅丹明B多40%。

在接下來的測試中,研究人員發現,石墨烯,二氧化钛催化劑降解氮氧化物的效率高達70%以上。“石墨烯與二氧化钛的結合我們提供了出色的結果-可以應用于不同的材料,其中混凝土是廣泛使用的一個很好的例子,有助于我們實現更健康的環境,”參與這項研究的Marco Goisis表示:“它維護成本低且對環境友好,因為它隻需要太陽的能量而無需其他投入。”

盡管這些早期結果很有希望,但該團隊表示,在将該技術商業化之前,還需要做更多的工作。首先,石墨烯在批量生産方面仍然很棘手,但是許多科學家已經在研究這一問題。

這項工作是由 Graphene Flagship,博洛尼亞大學,米蘭理工大學,CNR,NEST,Italcementi HeidelbergCement Group,以色列理工學院,埃因霍芬理工大學和劍橋大學的科學家進行的。

這項研究發表在《Nanoscale》雜志上。

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