木質(zhì)纖維素是地球上最豐富的生物質(zhì)之一，將木質(zhì)纖維素作為能源資源已被普遍認(rèn)為是解決能源危機(jī)和實(shí)現(xiàn)碳循環(huán)的良好策略。由于將木質(zhì)纖維素轉(zhuǎn)化為能源物質(zhì)(如酒精)的傳統(tǒng)酶發(fā)酵技術(shù)受到轉(zhuǎn)化效率低、純化成本高的限制，因此探索一種高效的木質(zhì)纖維素轉(zhuǎn)化為燃料的策略被認(rèn)為是關(guān)鍵。基于此，南京大學(xué)于振濤、昆明理工大學(xué)趙宗彥和杭州電子科技大學(xué)元勇軍等使用厚度為2.1 nm和94.5%暴露的(001)晶面的超薄銳鈦礦TiO2納米片(TiO2-1)作為高活性光催化劑用于光催化木質(zhì)纖維素轉(zhuǎn)化為H2。
所制備的超薄TiO2-1納米片具有超薄的結(jié)構(gòu)、大的比表面積和大量暴露的(001)晶面，這導(dǎo)致快速的電荷分離、豐富的活性位點(diǎn)和低能壘。因此，在α-纖維素和楊木片水溶液中，(001)面暴露的超薄TiO2-1納米片的光催化H2生成速率分別為275 μmol h-1 g-1和25.6 μmol h-1 g-1，是相同反應(yīng)條件下TiO2-2納米片的2.4倍和2.1倍。在實(shí)驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，研究人員提出了一種增強(qiáng)的光催化木質(zhì)纖維素制氫反應(yīng)機(jī)理: 首先，入射光子被TiO2吸收，激發(fā)電子從VB躍遷到CB，形成光生電子-空穴對；其次，由于TiO2納米片的超薄結(jié)構(gòu)，電子和空穴可以轉(zhuǎn)移到TiO2表面；然后，電子可以注入Pt中，將Pt表面吸附的質(zhì)子還原為H2；最后，TiO2 VB中的空穴很容易將OH-在(001)面上氧化為·OH，而·OH是木質(zhì)纖維素氧化的關(guān)鍵物質(zhì)。該項(xiàng)工作的研究結(jié)果證明了建立快速·OH生成以促進(jìn)木質(zhì)纖維素氧化和增強(qiáng)木質(zhì)纖維素向H2轉(zhuǎn)化的可行性。Rapid Hydroxyl Radical Generation on (001)-Facet-Exposed Ultrathin Anatase TiO2 Nanosheets for Enhanced Photocatalytic Lignocellulose-to-H2 Conversion. ACS Catalysis, 2022. DOI: 10.1021/acscatal.1c05713
