光辅助直接甲醇燃料电池阳极催化剂的研究进展

直接甲醇燃料电池(DMFCs)因其能够在较低工作温度下提供清洁、可持续能源方面的潜力而备受关注,但阳极缓慢的甲醇氧化反应(MOR)限制了其商业化应用。光辅助直接甲醇燃料电池(PMFCs)能利用光电耦合机制加速MOR过程,实现甲醇的化学能高效转化为电能,为开发高效、可持续的能源转换系统带来了巨大希望。本文首先简要回顾了PMFCs的背景、意义和在能源研究中的价值。从PMFCs的基本结构组成和酸碱介质下甲醇光电催化氧化的基本路径出发,总结了PMFCs阳极光电催化剂的研究进展。重点针对不同类型的PMFCs阳极光电催化剂,讨论光辅助下的MOR增强机制,如催化剂的尺寸效应、晶面效应、吸光性能、导电性以及表面等离激元共振(SPR)效应等方面的影响。PMFCs未来需要重点关注的研究方向是深入理解PMFCs的光电耦合机制和PMFCs阳极催化剂的构效关系,以及解决实际二电极系统下PMFCs光阳极的设计问题。

正负电荷关联转移促进的光催化低浓度苯酚矿化

光催化矿化难降解污染物(如苯酚)需要羟基自由基(·OH)进行开环反应。本研究通过Al掺杂削弱了TiO_(2)表面对氧物种的吸附,有效促进光致·OH的生成。同时,Al元素还能降低TiO_(2)的导带能级,继而降低半导体-助催化剂界面电子转移势垒而促进还原半反应。由于正负电荷的强关联性,还原半反应中电子的快速转移可提高半导体内空穴浓度,加快·OH的生成。此外,通过将催化剂固定在反应器的光入射内壁,还能避免由污染物竞争光吸收所引起的光子损失。基于这些优点,有望实现废水中低浓度苯酚的高效光催化矿化。