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开发基于MXene的新型光催化剂实现安全空气消毒
项目成果/简介:新冠疫情的爆发，使人们对空气消毒日益重视。其中，紫外辐射是一种常见的空气消毒技术。然而，在实际的消毒过程中，微生物往往存在“复活”现象，从而大大影响了消毒效果。 近日，天津大学王灿教授团队提出了一种基于单层Ti3C2Tx（MXene）和暴露{001}晶面的TiO2的新型光催化剂，提高了光催化活性，取得了更高的消毒效率。该研究对前体MAX相蚀刻、插层、超声剥层，制备单层Ti3C2Tx纳米片，即MXene；通过水热法并同时调控TiO2晶面，合成光催化剂MXene/{001}TiO2，浸渍涂覆于聚氨酯（PU）海绵。 在此基础上，该研究将涂覆TiO2/MXene的PU海绵填充入连续流光催化反应器，用于动态的空气消毒，发现相比于传统的紫外消毒技术显著提高了对空气微生物的灭活效率。该研究进一步探究了紫外/光催化消毒后的空气微生物在有光（光复活）和无光（暗修复）条件下的复活情况，结果表明，与单独紫外消毒相比，经过光催化灭活的空气微生物基本无暗修复现象，在可见光下细菌浓度甚至呈现持续下降趋势。进一步对灭活机理的研究发现，紫外线通过作用于细胞DNA生成嘧啶二聚体灭活细菌，该损伤可在一定波长的可见光下被修复，细菌复活；而光催化的加入产生了活性氧自由基，对细菌的细胞结构造成了不可逆的损伤，这类损伤难以修复。因此，基于该研究中合成的新型光催化剂，可以达到更高的空气消毒效率，同时实现更彻底的消毒效果。相关的技术成果可以应用于因新冠疫情感染场所的空气消毒。
天津大学
2021-04-11
二维钙钛矿纳米材料用于光催化降解黑臭水体
产品服务:焦化厂外排废水含高浓度有毒、难降解的氰化物、COD及氨氮称为焦化废水，是一种较难处理的有机废水，传统处理方法后无法达标。随着国家对环保问题的的日益重视以及国民环保意识的不断提高，废水的排放标准也变得更为严格。各国学者经过不断的探索研究出了一些新的焦化废水处理技术，如：电化学氧化技术、光催化氧化技术、膜技术等。这些技术对焦化废水中的污染物处理的较为彻底且不会产生二次污染，但是这些技术投资成本和运行成本较高并且很多仍处于理论研究和实验室研究阶段，较难实现大规模工业化应用。项目优势:本研究以铁基的纳米材料制备电极具有单个优点：高效降解焦化废水，高的使用寿命；低的处理成本。 市场概况:发展规划： 本团队计划创立集特色催化剂和配套设备为一体的纳米电催化工艺，以去除焦化废水中的难降解污染物为主要目标，同时实现脱色、除臭和净化水体的目标。经营目标是以上海环保公司为依托，对于他们在工程应用中的水处理需求，公司为其提供相应的环保咨询和先进的水处理产品，互利共赢。与此同时也要逐步提高产品品牌的市场认可度以及品牌效应。 商业模式:盈利模式： 前期以Fe基纳米电极与配套电催化设备的批量生产和销售为主，在产品推广到一定阶段后，以实际废水处理工程项目承包运营为主。
同济大学
2021-04-10
无金属催化剂的单室微生物燃料电池
本发明涉及一种燃料电池,旨在提供一种无金属催化剂的单室微生物燃料电池。该电池包括电池壳体、阴极、阳极,其电解液为充装于电池壳体内的含有有机物的水,所述阳极为由钛丝和活性炭纤维缠绕制成的钛芯碳纤维刷;所述阴极为两面分别涂覆了扩散层和催化层的碳布或不锈钢网,扩散层与空气接触,催化层与电解液接触。本发明的阴极由多层扩散层和催化层构成,降低水的蒸发流失,提高了电极的稳定性。阴极一侧直接面对空气,氧气直接扩散到达阴极催化表面,无需外加供气装置和动力,大大降低了运行成本和稳定性。阴极催化材料是来源广泛、价格低廉的活性炭,不含任何金属催化剂,大大降低构造成本。具有结构简单、成本低、易于扩大化的特点。
浙江大学
2021-04-11
模拟酶催化增强的纳米金暗场免疫组化新方法
纳米金由于具有独特的光学性质和表面生物分子偶联能力以及新发现的模拟酶功能，而在生物医学检测中有重要的应用价值。将特异性抗体偶联在金纳米颗粒上构建纳米探针，可以特异地标记肿瘤细胞，一方面可以利用其模拟酶特性进行显色和显微镜读片，用来有效替代传统的天然酶标记显色技术；另一方面，可以利用纳米金暗场成像的功能，通过暗场显微镜读片，从而省略了酶底物显色的步骤和成本，同时可以突破前一种技术只能定性判读的局限性，实现基于暗场光散射图像分析的定量检测，使得定量免疫组化检测成为可能。经过多年研发与攻关，我们已经成功实现针对恶性淋巴瘤的特异标记及双模式检测（模拟酶明场显色和暗场成像）技术建立，实现针对临床乳腺癌Her2检测的模拟酶增强暗场免疫组化定量判读，建立了定量判读图像分析软件，完成临床病例检测120例，检测灵敏性优于95%，特异性优于90%，对推动临床定量免疫组化技术及实现更精准的病理诊断具有重要意义。
东南大学
2021-04-10
中南大学刘小鹤团队在廉价电催化材料领域取得系列进展
该团队制备了一种负载氧化镍(NiO)纳米晶粒的聚合物氮化碳(g-C3N4, CN)二维纳米片新材料，通过构建具有金属性的Ni-N键形成高导电界面，大幅提高了催化效率，该策略拓展至其他的过渡金属氧化物(Co3O4、Fe2O3、CuO等)也获得了成功。同时，该团队还开发了过渡金属基层状蛇纹石结构的纳米催化剂，进一步实现高效电催化。通过设计合成不同比例的Co、Ni基蛇纹石CoxNi3-xGe2O5(OH)4纳米片，调节材料的电子能带结构和导电特性，有效加快了催化效率，在碱性和中性条件下均表现出比传统过渡金属氢氧化物和商业RuO2更优异的催化活性和稳定性。 此外，该团队以二维金属-有机框架（2D MOF）纳米片为前驱体制备了新型二维复合纳米催化剂。通过引入吡啶作为抑制剂，借助溶剂热反应和热处理制备了氮原子掺杂的Ni-Ni3S2@碳复合纳米催化剂，大幅度提高了催化性能，为二维金属-金属硫化物@碳多元复合材料的合成提供了新的思路。
中南大学
2021-02-01
电化学沉积制备单原子催化剂的普适性方法
近日，中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心和化学物理系曾杰教授、周仕明副教授研究团队发展出了一套利用电化学沉积制备单原子催化剂的普适性方法，利用该方法研究人员成功制备出了34种单原子催化剂，覆盖了多种过渡金属和多种衬底。相关成果发表在《自然·通讯》上。发展对衬底和金属无选择性的普适性单原子合成方法具有重要意义。研究人员在电化学三电极体系下进行电化学沉积，并通过阴极沉积和阳极沉积获得了两种Ir1/Co(OH)2单原子催化剂。此外，研究人员又探究了沉积条件（前驱体浓度、沉积圈数和沉积速率）对单原子形成的影响，发现当金属的负载量低于某一限度时，可以获得单原子；高于这一限度时则有金属团簇或颗粒形成，这一变化类似于液相中晶体生长中的成核过程（图1）。电化学沉积制备单原子的机理研究。(a)阴极沉积示意图；(b)阳极沉积示意图；(c)在阴极沉积中，前驱体浓度、沉积量和单原子形成的关系；(d)在阳极沉积中，前驱体浓度、沉积量和单原子形成的关系。为了证明该方法的普适性，研究人员又在氢氧化钴、硫化钼、氧化锰、氮掺杂的碳等衬底上成功获得覆盖3d、4d、5d金属的单原子催化剂，并且对所制备的单原子催化剂的结构表征后发现，阴极和阳极沉积获得的同一单原子催化剂具有不同的电子结构，这为其在不同催化反应中的应用提供了可能。研究人员还对所得单原子催化剂在电催化水分解反应中的性能进行了探究。实验结果表明，阴极沉积所得的一些催化剂在电催化析氢反应中表现出了优异的性能，同时，阳极沉积所得的一些催化剂在电催化析氧反应中也表现出了良好的性能。该制备单原子催化剂的普适性方法不仅为单原子催化领域注入了新的活力，而且为今后系统性研究催化剂结构和性能之间的关系提供了新的思路。论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-020-14917-6.pdf详细阅读：http://news.ustc.edu.cn/2020/0313/c15884a414545/page.htm
中国科学技术大学
2021-04-10
催化吹脱-吸附法处理高浓度酚氨废水的应用研究
"本项目主要是针对高浓度氨氮废水处理过程中存在氨氮处理效果差，处理效率低、氨氮吹脱过程中能耗较大、粗氨气吸附提纯过程中高温对于吸附材料的影响和水蒸气对于吸附过程的影响、回收产品（氨水或硫酸铵）纯度不高等技术问题。 本项目以高浓酚氨废水为处理对象，采用“催化吹脱-树脂吸附”技术，通过“高效催化”、“低温吹脱”、“强化吸附”等技术手段，同步实现氨氮高效吹脱、分离、提纯，从而实现酚氨废水的深度脱氨，实现氨氮的强化去除、高效回收和提纯精制，减少后续生化单元处理规模和运行成本，同时保障了回收产品的纯度，实现资源回用，具有很好的市场推广价值。"
南京大学
2021-04-10
中南大学刘小鹤团队在廉价电催化材料领域取得系列进展
项目成果/简介:该团队制备了一种负载氧化镍(NiO)纳米晶粒的聚合物氮化碳(g-C3N4, CN)二维纳米片新材料，通过构建具有金属性的Ni-N键形成高导电界面，大幅提高了催化效率，该策略拓展至其他的过渡金属氧化物(Co3O4、Fe2O3、CuO等)也获得了成功。同时，该团队还开发了过渡金属基层状蛇纹石结构的纳米催化剂，进一步实现高效电催化。通过设计合成不同比例的Co、Ni基蛇纹石CoxNi3-xGe2O5(OH)4纳米片，调节材料的电子能带结构和导电特性，有效加快了催化效率，在碱性和中性条件下均表现出比传统过渡金属氢氧化物和商业RuO2更优异的催化活性和稳定性。 此外，该团队以二维金属-有机框架（2D MOF）纳米片为前驱体制备了新型二维复合纳米催化剂。通过引入吡啶作为抑制剂，借助溶剂热反应和热处理制备了氮原子掺杂的Ni-Ni3S2@碳复合纳米催化剂，大幅度提高了催化性能，为二维金属-金属硫化物@碳多元复合材料的合成提供了新的思路。
中南大学
2021-04-10
二氧化碳电还原反应高效催化材料的研究
本研究设计并合成了无定型 Ag-Bi-S-O 修饰的 Bi 0 纳米颗粒，将其应用于二氧化碳电还原反应中 （图 1 ） 。 该研究工作首先通过溶剂热法制备了 AgBiS 2 纳米棒，并将其在空气中煅烧处理，得到了组成为 Ag 0.95 BiS 0.75 O 3.1 的双金属硫氧复合物纳米棒。在进一步电化学还原预处理后，该复合物被转化为无定型 Ag-Bi-S-O 修饰的 Bi 0 纳米颗粒。这种新型二氧化碳电还原催化剂在仅有 450 mV 的过电位下，实现了高达 94.3% 的甲酸法拉第效率和 12.52 m A/ cm 2 的甲酸部分电流密度。通过与 AgBiS 2 、 Bi 硫氧复合物及 Bi 2 S 3 参比样品进行对比，发现在电化学还原预处理过程中，金属硫化物中的 -2 价硫会转化为 H 2 S 并离开电极表面，只有金属硫氧复合物中被氧化为 +6 价的硫能保留在催化剂中。后续实验表明 ，这一部分硫能促进水的解离，而甲酸形成过程中所需的 H + 正是来自于 H 2 O 。因此，甲酸的生成被极大程度地促进。另一方面， Ag-Bi-S-O 修饰 Bi 0 纳米颗粒中的 Ag ，有利于电荷在电极中传递，提高了催化剂的电流密度。在过电位为 450 mV 时，更大的电流密度可以提高阴极附近的局域 pH ，而更大的局域 pH 能进一步提升硫促进水解离的效用，同时抑制氢析出反应的发生。因此，无定型 Ag-Bi-S-O 修饰的 Bi 0 纳米颗粒可以在极低的过电位下将二氧化碳高活性、高选择性地转化为甲酸。
北京大学
2021-04-11
模拟酶催化增强的纳米金暗场免疫组化新方法
纳米金由于具有独特的光学性质和表面生物分子偶联能力以及新发现的模拟酶功能，而在生物医学检测中有重要的应用价值。将特异性抗体偶联在金纳米颗粒上构建纳米探针，可以特异地标记肿瘤细胞，一方面可以利用其模拟酶特性进行显色和显微镜读片，用来有效替代传统的天然酶标记显色技术；另一方面，可以利用纳米金暗场成像的功能，通过暗场显微镜读片，从而省略了酶底物显色的步骤和成本，同时可以突破前一种技术只能定性判读的局限性，实现基于暗场光散射图像分析的定量检测，使得定量免疫组化检测成为可能。经过多年研发与攻关，我们已经成功实现针对恶性淋巴瘤的特异标记及双模式检测（模拟酶明场显色和暗场成像）技术建立，实现针对临床乳腺癌Her2检测的模拟酶增强暗场免疫组化定量判读，建立了定量判读图像分析软件，完成临床病例检测120例，检测灵敏性优于95%，特异性优于90%，对推动临床定量免疫组化技术及实现更精准的病理诊断具有重要意义。
东南大学
2021-04-13