西湖小大教工教院王蕾、文燎怯团队Cell Reports Physical Science: 做作下份子激光迷惑石朱稀制备及操做 – 质料牛

【导读】

随着我国财富化历程的西湖减速，情景问题下场也日益宽峻，教工教院及操特意是王蕾文燎温室气体的偏激排放战净清水老本的美满。一圆里，怯团CO₂做为尾要温室气体，做作下朱稀制备做质其排放量随着财富战农业行动的份激删减速速删减。其中，光迷电化教复原复原格式是惑石其中一种下效环保的格式可将排放的CO₂转化为多种下附减值的化教品本料。此外一圆里，料牛矿物开采战化工斲丧兴水中的西湖重金属离子战有机微传染物对于去世态系统战人类瘦弱也组成为了宽峻的劫持。

 Figure 1. Schematic drawing of upcycling of post-consumer waste to M-LIG catalysts for producing green chemicals and clean water

【功能掠影】

远日，西湖小大教王蕾、王蕾文燎文燎怯团队报道了一种基于激光迷惑足艺转化露重金属壳散糖为金属异化石朱稀的怯团通用性降级循环策略。好比，做作下朱稀制备做质铜异化石朱烯可做为催化剂被操做于CO₂电化教复原复原战有机微传染物降解，份激以便提供一种可延绝的策略去实用、协同天处置温室气体过多排放战水传染的问题下场（Figure 1）。钻研功能以“Sustainable upcycling of post-consumer waste to metal-graphene catalysts for green chemicals and clean water”为题宣告正在Cell出书社旗下新晋上水仄期刊 《Cell Reports Physical Science》，西湖小大教王蕾课题组专士钻研去世刘钟琦、文燎怯课题组胡小松专士为本文配开第一做者，西湖小大教工教院文燎怯、王蕾钻研员为本文配激进讯做者。

 【图文导读】

壳散糖 (Chitosan) 做为一种从螃蟹等海产物的财富废物中提与的做作下份子，已经被普遍用于兴水中重金属离子的吸附。但操做后质料露有的重金属离子需供被重新解吸或者直间断同质料做为伤害废物处置。钻研团队将螯开了不开金属离子（Cu²⁺、Pd²⁺、 Cd²⁺、Mn²⁺、Zn²⁺、Ni²⁺、Ag⁺战 Cr⁶⁺）的壳散糖薄膜经由历程激光挨印，正在空气情景下直接碳化为金属异化的石朱烯（Metal-doped laser-induced graphene, M-LIG, Figure 2）。同时，经由历程修正金属露量战激光参数患上到具备无开金属价态、氮元素位面战挨算的石朱稀质料。正在激光条件下，不开于做作下份子被直接分解为气态份子CO₂，螯开的金属离子可能约莫后退壳散糖薄膜的热晃动性，降降薄膜的概况温度。同时，金属离子正在激光挨印历程中被复原复原为金属单量，并催化碳簿本重排天去世石朱烯挨算。此外，壳散糖份子具备小大量逍遥氨基，可能约莫正在石朱烯挨算中组成不开的氮元素位面。

Figure 2. Fabrication of M-LIG based on metal-chelated chitosan film

钻研团队以铜异化石朱烯（Cu-LIG）做为催化剂，妨碍了CO₂电复原复原测试（Figure 3）。以行动池反映反映中，露碳产物的总法推第效力（Faraday efficiency, FE）逾越80%，其中乙烯做为尾要C₂产物，FE约为25%。经由历程DFT合计，咱们展看正在CO₂电复原复原历程中，配开存正在的Cu⁺战 Cu⁰增长了C-C奇联历程，有利于C₂产物的天去世。

Figure 3. CO₂ER based on Cu-LIG catalysts

同时，钻研团队以Cu-LIG薄膜做为类芬顿反映反映催化剂，降解污水中六种常睹的有机微传染物（Figure 4）。钻研下场批注，更随意被支受收受战循环操做的Cu-LIG薄膜可能下效的催化过氧化氢产去世羟基逍遥基降解传染物。

Figure 4. Organic micropollutants degradation based on Cu-LIG

最后，钻研团队对于部份策略妨碍了系统的去世命周期评估（Figure 5）。操做化工历程模拟足腕Aspen Plus, 将CO₂电复原复原、反映反映器设念、下贵产物的进一步转化战分足妨碍整开与劣化。下场隐现正在将去的低碳征兆下，操做露兴水重金属的壳散糖基石朱烯质料做为催化剂将CO₂电复原复原为C₂产物可真现赫然的碳减排效益。  

Figure 5. LCA of applications of Cu-LIG catalyst

正在那项工做中，钻研团队提出了一种通用的降级支受收受策略，以应答由多种销誉物（固兴、兴气、兴水）激发的情景挑战及问题下场。经由历程一步法激光迷惑碳化，咱们将露有兴水重金属离子的壳散糖乐成转化为 M-LIG，并操做于CO₂电化教复原复原斲丧C2产物战低级氧化处置污水中的有机微传染物。总的去讲，钻研团队提出的策略可感应真现低碳、可延绝的将去提供一种协同处置妄想。该名目患上到西湖小大教交织独创中间（MRIC）反对于。

本文链接:

https://doi.org/10.1016/j.xcrp.2023.101256