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科研成果

我院航空功能材料课题组在机械振动催化研究方面取得重要进展

来源: 发布时间:2020-08-29 11:07:05 浏览次数: 【字体:

我院航空功能材料课题组在机械振动催化研究方面取得重要进展,相关研究成果以“Vibration catalysis of eco-friendly Na0.5K0.5NbO3-based piezoelectric: An efficient phase boundary catalyst”为题并以第一单位在线发表于Applied Catalysis B: Environmental (IF=16.683)。

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压电现象是自然界中普遍存在的物理现象,通过收集外部环境中分散的微小机械振动能(流水、震动、噪声等)即可在压电材料中诱导产生表面电荷,进而引发一系列催化反应(如:有机物污染物降解、抗菌杀毒、解水制氢等),在环境治理、空气净化及能源转换领域中有着重要的应用前景。目前,寻找和设计具有高效转换机械能-化学能的压电材料成为关注焦点。

针对难以获得高效机械振动催化材料的难点,我院航空功能材料课题组巧妙地将“准同型相界”这一思路引入到压电催化材料的设计中,对传统的无铅压电材料Na0.5K0.5NbO3通过Li元素的改性,在室温附近构建四方和正交相共存的相界。研究表明,处在相界的压电催化剂,催化活性是未改性Na0.5K0.5NbO3压电材料的3.2倍。超声振动作用下,有机污染物(罗丹明B)在100分钟内的降解效率达到91%。通过压电力显微镜(PFM)测试表明,相界处材料的压电响应得到明显地增强,进而可以在短时间内大幅提高材料的压电催化活性。另外,通过COMSOLLandau-Ginsburg-Devonshire理论模拟,证实了相界处压电材料极化势垒能量最低,对外界的响应也最为敏感,这也是获得高压电催化活性的重要原因。这项成果不仅为高效压电催化剂的设计提供了新思路,也进一步阐明了压电催化降解有机污染物的内在机理。

该论文通讯作者为刘智勇博士和西北工业大学樊慧庆教授,第一作者为我院硕士研究生张安,合作作者包括课题组成员卢金山教授、谢兵副教授、郭坤博士以及南昌大学柯善明教授和舒龙龙教授。该研究工作得到了国家自然科学基金、江西省教育厅基金等资助。

论文连接为:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0926337320307682

终审:江民俊
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