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兼具净水和发电功能的新型混合燃料电池
发布时间：2023-03-29 15:42:09编辑：来源：
由于环境退化和能源短缺等问题日益严重，对可持续和可再生能源技术开发的需求不断增加。在过去的几十年里，人们广泛研究了从废水中提取能量以开发高效能量转换技术。利用废水中复杂的有机污染物作为碳源和能源发电，在降解污染物的同时利用废水发电，是处理污染物所需能源的三倍以上。与微生物燃料电池 (MFC)、质子交换膜燃料电池 (PEMFC)、从盐度梯度和原电池中提取太阳能驱动的能量相比，光催化燃料电池 (PFC) 是一种更常见的成功从废水中捕获能量的设计过程，这是由太阳能驱动的。在 PFC 系统中，在光照射下，光阳极会快速产生电子/空穴对，并带来快速直接的电荷转移。污染物被光生空穴氧化降解，而阳极的光生电子可以通过外电路到达阴极进行发电。光阳极直接决定了光催化降解污染物和发电的效率。
BiOCl是一种很有前途的光阳极材料，其独特的层状结构极大地加速了光生电子-空穴对的分离和迁移，其优异的光催化活性已被广泛应用于废水中各种难降解有机污染物的降解。多金属氧酸盐被认为是极好的电子缓冲剂，可以捕获电子并在每个分子中储存多个电子。它们独特的电荷转移特性可以促进污染物的光催化降解。为了解决复合BiOCl基催化剂分离的光生电子需要暂时储存并以最小损失迁移到阴极的问题。所以，
生态环境科学研究中心和清华大学环境学院的研究人员以BiOCl-NH 4 PTA作为光催化剂结合空气阴极，制备了一种新型光催化混合燃料电池(F-HFC )。他们的工作达到了去除水中有机污染物和同步发电的目的。系统阐明了F-HFC的作用机理，为水质净化和废水能量回收提供了重要的理论依据。
在这项研究中，研究团队发现染料和生物质可以在 F-HFC 中直接降解，同时增强污染物降解和发电。在照射后 90 分钟内，几乎 100% 的染料都可以被去除。BiOCl-NH 4 PTA光催化剂大大改善了电子转移和电荷分离。他们发现，与纯光催化剂 BiOCl 相比，BiOCl-NH 4 PTA 复合材料对污染物的光催化氧化能力和功率输出都有所增强。此外，进一步阐明了F-HFC系统的发生器理论。他们的研究表明，多金属氧酸盐 (NH 4PTA)作为光电子的受体，可以延缓光生电子和空穴的复合，从而导致优异的光催化降解。
本研究以BiOCl-NH 4 PTA为光催化剂，Pt/C空气阴极成功构建了具有流通场(F-HFC)的电子和传质增强型光催化混合燃料电池。这项工作不仅推进了高性能光催化剂与具有流通场的燃料电池系统耦合的设计，而且为难降解废水的处理和同步能量回收提供了新的解决方案。
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