近日，北京化工大学材料科学与工程学院于中振教授/曲晋教授团队在国际著名期刊《ACS Nano》上发表题为“Triggered Photoexcited Electrons Transfer and Spin Polarization through 3dx2−y2−2pz Orbital Hybridization for Synergistic Solar-Thermal/Photocatalytic Water Purification”的学术论文。本文首次研究了光激发载流子通过界面轨道杂化以实现定向转移促进声子振动产热和光催化协同的海水淡化净化。
尽管太阳能蒸汽产生技术已与光催化降解相结合用于废水净化，但关于其在强化光热水分蒸发和光降解方面的内在协同效应仍知之甚少。本文通过设计一种搭载细菌纤维素/α-氧化铁纳米盘/碳纳米管（BFC）复合膜的流动床净水系统，实现了由光激发电子转移和自旋极化触发的光热-光催化协同废水净化，可实现连续的太阳能光热蒸发与有机污染物同步光催化降解。受功函数差异驱动α-氧化铁中Fe原子3dx²⁻ʸ² 轨道上的光生电子可转移至碳纳米管C原子的2pz轨道。内置电场和自旋极化效应增强了光生载流子的分离，产生更多活性氧化还原物种，从而提升光催化降解性能。此外，注入碳纳米管的光激发电子可通过弛豫过程参与光热转换以产生更多热量，促进太阳能蒸汽产生性能。基于上述光热/光催化协同效应构建的流动床净水系统可高效净化多种废水，净化后的水质符合作物直接灌溉要求，且无明显抑制现象。
本文第一作者为博士后伍敬，于中振教授和曲晋教授为本文通讯作者，北京化工大学为第一完成单位。本研究工作得到了国家自然科学基金项目的资助。
文章信息：Jing Wu, Guang Yin, Fan-Zhen Jiao, Zhi-Hao Wang, Zhi-Guo Jiang, Zhe Chen, Zhong-Zhen Yu,* and Jin Qu*, Triggered Photoexcited Electrons Transfer and Spin Polarization through 3dx2−y2−2pz Orbital Hybridization for Synergistic Solar-Thermal/Photocatalytic Water Purification, ACS Nano 2025, 19, 25780−25792
全文链接：https://doi.org/10.1021/acsnano.5c04247
