研究中，课题组从分子、纳米、毫米等材料尺度出发，为设计新一代生物质基 2e 电催化材料提供了新的发展路径。

  在对气体扩散电极制备方法加以优化之后，该团队发现氢过氧化物的合成产率能达到 510.58 mg·L -1 ·cm -2 ·h -1 。

  这一产率是目前其他生物质碳基催化材料数十倍之高，也是石油碳基催化材料产率的数倍之高。

  纳米纤维素，是本次研究的主要对象。它具有高孔隙率和高比表面积的优势，能够适用于配位含氧官能团的三维气凝胶结构。

  利用一维纳米纤维素表面的特殊金属离子配位，以及搭配冷冻干燥技术，就能造出一种名为“沸石咪唑骨架-纳米纤维素泡沫体”的材料。

  这种材料的外观呈现出鲜艳的紫色，同时它的结构较为稳定。经过碳化等工序之后，该材料能够产生丰富的氧气捕获活性位点。

  图 钴配位合成的纳米纤维素-沸石咪唑骨架-纳米纤维素泡沫体气凝胶样品（来源：Small）

  而且，它还能形成一种纳米复合四氧化三钴结构，这种结构非常有利于提升电子迁移效率，进而能大大的提升电合成氢过氧化物的生成效率。

  研究中，该团队还设计出一种双阴极电芬顿技术装置，它具备协同增效的能力，能以较高的效率来分解常见有机污染物，30 分钟之内的去除率达到 99.43%。

  针对养殖废水、涂料废水、造纸废水等其他废水，本次技术也能实现高效、快速的除污净污功能。

  因此，它很有希望替代已有的化学消毒片技术，在健康饮水、野外便携式净水消毒中发挥作用。

  据介绍，作为一种很重要的绿色化学品，氢过氧化物在半导体、医疗保健、环境控制、精细化学品等领域均存在广泛的应用前景。

  目前，在氢过氧化物的工业规模化生产中，人们主要使用一种名为“蒽醌法”方法。

  其存在成本高、操作复杂、会导致环境污染、运输和储存不安全等难题，这让其很难用于野外地区和偏远地区。

  而通过采用 2e−ORR 电化学方法来合成氢过氧化物，不仅操作简单便捷、生产效率较高，而且电化学稳定性也非常好，非常适合于一些便携式应用场景。

  然而，目前的大部分阴极用电催化剂，往往依赖于贵金属和石油碳基材料，不仅会受限于原料供应，也会产生较高的经济成本。

  不过，当前全世界内对于可再生生物质纤维素资源的利用，为下一代替代型阴极材料的开发，提供了非常宝贵的机会。同时，这些材料具备价格低、供应广泛、生态环保等优点。

  但是，对于已有的生物质衍生 2e 电催化剂来说，由于碳缺陷少、氧空位不足、电子转移能力差等问题，一直未能实现令人满意的氢过氧化物产量效率。

  因此，设计一种能用来高效合成电化学合成氢过氧化物的生物质基 2 电子电催化材料，具备极其重大的现实意义，并能在消毒领域和高级氧化技术领域实现重要的应用前景。

  如前所述，纳米纤维素是本次课题的重要角色。而生物质纳米纤维素，在自然界之中不仅蕴含量丰富，而且具备可再生的特点。

  该团队的硕士生钱志云，从接到本次课题开始，就开始着手材料初筛和结构设计等工作。

  从微米级纤维素粉、到溶解再生纤维素、再到普通纸纤维，她做了不少的尝试，但却一直没有办法获得较好的效果。

  后来，她开始从分子尺度和纳米尺度，来尝试提升纳米纤维素的2e选择性、以及提升氢过氧化物的产率。

  在纳米纤维素的表面，含有大量的亲水性含氧基团，同时它的比表面积也比较大。

  在分子层面，亲水性的纤维素微纤丝或纳米纤丝，都拥有大量含氧羟基、以及尺寸在亚纳米级别的纤维素分子链。

  基于上述优势，可以很轻松地针对它们进行表面功能化。这样一来，对于纳米尺度或微米尺度的纤维素功能结构来说，也能对其进行人工调节。

  基于此，通过对一维纳米纤维素进行钴配位，就能在纳米纤维素的周围，直接生长出来拥有纳米结构的沸石咪唑骨架-纳米纤维素泡沫体。

  同时，钱志云等人使用纳米纤维素气凝胶作为基底。对于沸石咪唑骨架-纳米纤维素泡沫体纳米颗粒来说，这样做的好处在于可以让它在纳米纤维素表面，实现均匀的生长。

  此外，这些纳米颗粒可以在一定程度上完成紧密的相互连接，这能让原始结构的尺寸稳定性得到保证，并且不会产生任何脱落和变形。

  通过此，只需利用一种简单易操作、成本廉价的方法，就能造出钴-纳米纤维素气凝胶样品。

  随后，再利用分子工程和高温热解的手段，上述样品就能在致密的纳米纤维素网络结构之内，充分地生成高氧捕获活性位点。

  这时，沿着锚定在一维生物炭上的纳米结构四氧化三钴，就能让电子发生转移，从而带来出色的氢过氧化物产率。

  总的来说，从最初毫无方向的探索、到金属配位分子工程的设计，该团队让纳米纤维素这种生物碳资源，发挥出了极佳的潜力。

  据介绍，电化学合成——是一种古老但又很新颖的关键技术，具有简单高效、绿色安全、成本低廉且易于规模化放大，展现出非常诱人的商业价值。

  多年来，中国科学家通过发展新型电化学合成新技术，解决了许多其他方法难以克服的技术挑战。

  此前许多技术成果都已获得规模化应用，为解决行业技术共性难题提供了新的解决路径。

  而包括阴极、阳极等在内的功能材料，始终是电化学合成的关键核心，在某些特定的程度上决定了电化学合成效率及成本与工作寿命。

  所以，未来该团队将围绕纤维素分子的改造，制备一些新型的高水平 2e-ORR 材料。

  为了减少相关成本和简化制备工序，他们也将与外部企业组织产学研合作，以将论文落实到实处，解决行业发展的瓶颈难题。

  特别声明：以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布，本平台仅提供信息存储服务。

  时事早知道！大事 大事 大事 ！2024年7月30日6时， 世界发生10件事！

  造车新势力7月销量：理想破5万创月交付量新高，蔚来连续3个月交付超2万

  TCL华星成LGD广州厂优先竞买方！韩厂将彻底退出LCD TV面板竞争速读公告

  苹果Vision Pro有望采用三星Tandem Micro OLED

  广电总局：2024 上半年全国广播电视服务业总收入 6683.57 亿元

  与中坚力量共成长，2024建信信托艺术大奖评委会特别奖获奖艺术家凌海鹏