【成果掠影 & 研究背景】

塑料污染與清潔能源短缺是當前全球性挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)光催化技術利用太陽能將塑料廢物轉化為氫氣，但面臨催化劑穩(wěn)定性差、反應效率低的問題。韓國首爾大學團隊提出聚合物穩(wěn)定化與氣液界面操作協(xié)同策略，成功實現(xiàn)塑料垃圾的高效光催化制氫。通過將鉑/二氧化鈦（Pt-DSA/TiO?）催化劑嵌入親水性聚氨酯-聚丙二醇（HPU-PPG）聚合物網(wǎng)絡，并在氣液界面運行反應體系，顯著提升系統(tǒng)穩(wěn)定性與產(chǎn)氫效率。

【創(chuàng)新點 & 圖文摘要】

1. 創(chuàng)新點：

1. 1.聚合物網(wǎng)絡穩(wěn)定化

   HPU-PPG復合物固定催化劑，抑制堿性環(huán)境中的催化劑溶出與團聚

2. 2.氣液界面操作機制

   在界面處捕獲氣體產(chǎn)物，減少逆反應，提升產(chǎn)氫效率

3. 3.光熱協(xié)同效應

   紅外光熱使界面溫度升至60°C，產(chǎn)氫活性提升1.97倍

4. 4.功函數(shù)調控機制

   DFT計算證實聚合物吸附降低催化劑功函數(shù)，優(yōu)化電荷分離

5. 5.多級放大驗證

   從實驗室尺度（6 cm2）到戶外1 m2系統(tǒng)，再到100 m2模擬，均證實技術可擴展性

Fig. 1c：塑料廢物光重整反應穩(wěn)定性時間對比

Fig. 2：聚合物-催化劑界面電荷轉移機制的理論計算

Fig. 3：納米復合材料在強堿環(huán)境中的穩(wěn)定性驗證

Fig. 4：氣液界面操作對產(chǎn)氫活性的提升作用

Fig. 5：1平方米規(guī)模戶外太陽能制氫裝置與長期產(chǎn)氫性能

【總結 & 原文鏈接】

本研究通過聚合物穩(wěn)定化與氣液界面工程的雙重創(chuàng)新，解決了光催化塑料升級回收中的穩(wěn)定性與效率瓶頸。HPU-PPG網(wǎng)絡有效保護催化劑免受強堿腐蝕，而氣液界面操作結合光熱效應顯著加速氫氣析出。戶外1平方米規(guī)模裝置連續(xù)產(chǎn)氫的成功實踐，結合10平方米經(jīng)濟性分析與100平方米模擬驗證，標志著該技術向產(chǎn)業(yè)化邁出關鍵一步。這項工作不僅為塑料廢物資源化提供新路徑，更為大規(guī)模太陽能制氫技術開辟了可持續(xù)設計范式。

原文鏈接: https://doi.org/10.1038/s41565-025-01957-6

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