Advanced Functional Materials:生物质水热和热解转化为碳基催化剂用于高级氧化

生物质作为一种低污染、广泛分布的可再生能源,近年来,引起了人们的广泛关注。将生物质高效开发利用转化成有价值的功能性碳基催化剂是一种用于生物质处理的有前途的策略,它可以减少二氧化碳的释放,对解决能源、生态环境问题将起到十分积极的作用。

中山大学的胡卓锋教授与香港中文大学的余济美教授合作,系统地分析和汇总了两种不同方式来制备新型生物质基催化剂,并指出了它们在高级氧化中的应用与进展。对生物质通过不同热处理温度得到的水热碳和生物碳的形成过程、结构、催化机理和催化活性增强的关键点进行了总结和比较。

生物质低温水热处理后可以得到由sp2杂化链的聚呋喃单位组成的水热碳,其具有光催化活性,在可见光照射下产生光生电子和空穴,促进例如羟基自由基和超氧自由基等反应活性物质的生成,从而达到降解污染物和杀菌的效果。与低温水热不同的是,通过高温处理,生物质热解处理后可以得到具有导电性的生物碳,其反应活性物质为持久性自由基、缺陷、含氧官能团、含氮单元。生物碳通过其表面上的活性单元可活化PS / H2O2生成自由基或通过非自由基过程降解污染物。文章系统总结了水热碳和生物碳对污染物的催化降解的研究进展。

与此同时,通过构造金属氧化物/水热碳复合材料,水热碳与碘、氯掺杂,水热碳与非金属材料形成异质结,水热碳光催化活性得到大幅度提升。对于生物碳,文章提出了通过氮掺杂、持久性自由基,缺陷,含氧官能团,或者与其他金属掺杂等方式提高生物碳的催化能力。

 最后,文章给出了基于生物质催化的未来展望。相关论文在线发表在Advanced Functional Materials (DOI: 10.1002/adfm.202006505)