Adv. Mater.: 除濕新技術之吸水凝膠與催化反應

新加坡國立大學Swee Ching Tan設計了一種微型濕度消化器，它集成于吸水凝膠(Co hydrogel)、催化劑(BTO@MoS₂)和太陽能電池。水凝膠用于吸收空氣中的濕氣，然后將氣態水轉變為液態水并擴散至催化劑的表面；催化劑的功能是催化分解水產生氫氣和氧氣；太陽能電池的作用是給催化劑提供一定的偏壓。該濕度消化器可以收集空氣中的氣態水和生活中低強度的太陽光，利用這些生活能源，達到降低周圍濕度和產生氫氣的目的。

【引言】

空氣中存在大量的水分(約幾克每立方米)，整個地球約含有1.29 × 10¹⁶?kg的氣態水。由于海洋、河流和森林等自然條件，地球上的總氣態水含量基本保持不變。因此，開發氣態水和生活中的太陽能已成為現今的一個熱點話題。然而，這樣的一項能源轉換技術需要結合兩種材料：1)開發具有超吸水性質的水凝膠，使之能在周圍環境中吸收大量氣態水，并形成可流動的液態水；2)開發具有高活性的陰/陽電極，使之能快速分解這些水，并產生氫氣和氧氣。

【結論】

1.該水凝膠可以吸收大量氣態水，含水凝膠為粉色，脫水凝膠為藍色。

2.40g 2m²水凝膠可以助26 m³辦公室除濕，將相對濕度降低20%。

3.極化后的鐵電催化劑可以有效地控制電極表面離子的吸附和載流子的傳輸。

4.該濕度消化器可以產生12.5 mAcm^-2的電流。

【圖文導讀】

圖1?

(a) 水凝膠的制備流程和物理形態

(b) 水凝膠的SEM圖

(c)?水凝膠的元素mapping圖

(d)?水凝膠的HRTEM圖

(e)?水凝膠的TEM圖和Fourier變換圖

圖2?

(a) 水凝膠的吸水特性

(b)?室外空氣濕度的變化圖

(c)?室內空氣濕度的變化

(d)?室內空氣濕度變化的穩定性結果

圖3?

(a) BTO@MoS₂的制備流程

(b)?BTO@MoS₂的SEM圖

(c)?BTO的KPFM圖

(d)?極化后BTO的表面電勢圖

(e)?BTO@MoS₂的TEM圖

(f)?MoS₂的STEM圖

圖4

?(a) 陰極材料的析氫電流曲線

(b)?陽極材料的析氧電流曲線

(c)?分解空氣水的穩定性測試

(d)?該器件產生的氫氣和氧氣

圖5分解空氣水的模型示意圖

文章鏈接

L.Yang, L. Loh, D. K. Nandakumar, W. Lu, M. Gao, X. L. C. Wee, K. Zeng, M. Bosman, S. C. Tan. Sustainable Fuel Production from Ambient Moisture via Ferroelectrically Driven MoS₂Nanosheets

https://doi.org/10.1002/adma.202000971