近日，东南大学化学化工学院孙岳明/代云茜教授团队在国际著名学术期刊Nature Communications在线发表题为“Hierarchical triphase diffusion photoelectrodes for photoelectrochemical gas/liquid flow conversion”的研究论文。该研究通过克服无机半导体氧化物的本征脆性，实现多级孔无机纳米纤维的增韧增强，获得首款多相扩散光电极，首次实现了光电流动化学转化。
无机纳米纤维是我国战略性新材料的重要部分，具有独特的超细、超长、一维限域特性，是连接微观和宏观的新媒介，蕴含丰富多彩的材料、化学、物理现象和科学内涵。针对氧化物的本征脆性长期束缚其先进功能的难题，该团队在单根无机纳米纤维中引入高密度位错，克服本征脆性，实现增韧增强。进一步，团队利用静电纺丝过程中纳米纤维可自然堆叠为二维多孔膜的独特优势，设计多级孔道及“气-液-固”三相界面，形成新型的限域传质催化膜。
该增韧增强半导体纤维膜具备高导电、高光吸收、快速光电转化及高效甲烷转化活性，同时具有亲和电解液与难溶性反应气体的双亲界面性质。基于此，该团队实现了世界首款自支撑无机纳米纤维膜基光电化学流动池。甲烷分子的转化产率相比传统间歇反应提高到16.6倍，C2+产物选择性提高到4倍，同时保持100 h以上的稳定性，显著提高我国页岩气、可燃冰（主要成分甲烷）的绿色高效利用。
本工作基于无机纳米纤维，为众多多相催化反应中的增强传质、多功能材料结构的设计提供了新的思路。将为未来合理设计自支撑、柔性、便携的扩散光电极提供指导，以助力大规模的太阳能驱动光电化学转化。
东南大学化学化工学院代云茜教授、中国科学技术大学/安徽师范大学熊宇杰教授为该论文的通讯作者，东南大学化学化工学院至善博士后孟祥钰、硕士研究生祝春彤和安徽师范大学青年教师王新为该论文共同第一作者。东南大学为第一通讯单位。该学科交叉工作得到电子科学与工程学院孙立涛/尹奎波教授团队、土木工程学院邵新星老师课题组、物理学院董帅教授课题组的支持，国家自然科学基金、科技部重点研发计划等的资助。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-38138-9
供稿：化学化工学院