新闻资讯
NEWS CENTER
26
2026
-
05
Small：新型压电光催化膜，产氢性能提升36倍！
作者：
研究背景
随着全球经济和人口的快速增长，能源需求急剧上升。目前，能源供应主要依赖化石燃料燃烧，这不仅对环境造成严重危害，还因其不可再生性和地理分布不均而引发担忧。因此，开发可持续、绿色且经济的替代能源至关重要。氢能作为一种清洁、可再生且能量密度高（140 MJ kg⁻¹）的能源，已成为应对当前全球能源与气候挑战的关键解决方案。
在多种制氢技术中，压电光催化水分解技术因其能够同时利用机械能和太阳能来促进析氢反应（HER）而备受关注。研究表明，机械力作用下通过压电效应产生的局域极化电荷可显著促进光生电子-空穴对的分离，从而提升催化产氢效率。此外，构建异质结（如Z型、S型异质结）也被证实是增强催化效率的有效策略，它可以促进光生载流子的分离并保留较高的氧化还原能力。
近年来，共价有机框架（COFs）因其可设计的周期性有序结构、合适的能带结构以及高比表面积等优势，成为有前景的催化材料。研究表明，金属氧化物与COFs形成的异质结构能够有效促进光生载流子的分离，从而提高催化效率。
尽管如此，目前大多数压电光催化研究集中在粉末催化剂上，存在难以回收和易造成二次污染等问题，严重限制了其实际应用。为此，研究者开始关注将催化剂负载到聚合物膜基质中。聚偏氟乙烯（PVDF）及其共聚物（如PVDF-TrFE）因具有优异的压电性能、机械性能、柔韧性和化学稳定性，成为制备压电光催化膜的理想基体材料。然而，目前基于无机-有机聚合物膜的催化体系仍处于起步阶段。
综上所述，开发一种兼具催化活性、良好循环稳定性和易于回收的压电光催化膜材料，对于推动可持续产氢技术的发展具有重要意义。
本文摘要
压电光催化分解水制氢技术已成为应对全球能源需求增长与低碳转型的极具前景的解决方案。为解决粉末催化剂回收困难及二次污染问题，本研究设计了一种压电光催化混合基质膜（BBTNC-MMM）：以BaBi₄Ti₄O₁₅@COFs（BBTNC）S 型异质结为功能填料，填充于PVDF-TrFE（PT）基体膜中。实验结果表明，BBTNC-MMM 的压电响应输出电压达3.8V、制氢速率为2072.3 μmol·h⁻¹·m⁻²，分别是纯 PT 膜的 3 倍以上与 36 倍以上。COMSOL 模拟结果显示，BBTNC 不仅能有效增强膜内电场、促进光生载流子分离，其表面还富含催化活性位点，进而提升催化效率。同时，多孔膜结构可确保大量催化活性位点暴露于水环境，并为反应物 / 产物的传输提供通道。本研究成功制备了压电光催化膜，为可持续制氢及压电响应传感应用提供了新方向。
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/aciXMdp8JWaKpVRz7DWFuA
相关新闻
