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科學家研發石墨烯鈦催化劑 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將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鈦納米顆粒。這使他們能夠創建一種新的石墨烯-二氧化鈦納米複合材料。

據外媒報道,一組工程師將石墨烯和二氧化鈦納米顆粒結合在一起,製成了一種新型的太陽能催化劑,該催化劑可以將吸收空氣中的汙染物,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麵上,以改善城市的空氣質量。

盡管二氧化碳經常成為大氣汙染的頭條新聞,但它遠非唯一引發大氣汙染的化合物。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,導致霧霾並損害人類健康。

在過去的幾年中,研究人員進行了使用二氧化鈦納米顆粒(也稱為二氧化鈦)的實驗,以清除這種空氣汙染。二氧化鈦起著光催化劑的作用,這意味著一旦被光激活,它就會分解汙染物。這已被用於空氣淨化混凝土和鋁製建築麵板以及濾水器中。

在過去的工作中,二氧化鈦表麵顯示出將大氣中的氮氧化物轉化為無害硝酸鹽的效率高達45%。對於新研究,該團隊設法將這一比例提高到70%。而秘密成分是石墨烯。

研究人員使用液相剝離技術將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鈦納米顆粒。這使他們能夠創建一種新的石墨烯-二氧化鈦納米複合材料。

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

研究人員表示:“這種光催化水泥基質適用於建築,其可以通過減少氮氧化物和空氣汙染使表麵自潔-即所謂的‘吸收霧霾’的效果。石墨烯可以幫助改善二氧化鈦等催化劑的光催化行為,並增強水泥的性能。”

該團隊通過製造光催化板並將其暴露於汙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汙染物相似。在水中進行測試並通過紫外線激活後,研究小組發現,石墨烯-二氧化鈦複合材料比單獨的二氧化鈦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,二氧化鈦催化劑降解氮氧化物的效率高達70%以上。“石墨烯與二氧化鈦的結合我們提供了出色的結果-可以應用於不同的材料,其中混凝土是廣泛使用的一個很好的例子,有助於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,在將該技術商業化之前,還需要做更多的工作。首先,石墨烯在批量生產方麵仍然很棘手,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》雜誌上。

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