【AM寧波材料所建所20周年?？坑糜谒卫淼臅r(shí)空限域催化膜
水資源再利用是緩解全球水資源壓力和應(yīng)對(duì)淡水短缺問(wèn)題的關(guān)鍵策略。將膜、過(guò)濾過(guò)程與異相高級(jí)氧化過(guò)程耦合制備催化膜，提供了具有高效、選擇性、連續(xù)性的污水治理新途徑。膜孔納米限域效應(yīng)可提升催化反應(yīng)熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)，并促進(jìn)孔通道內(nèi)反應(yīng)物的傳質(zhì)過(guò)程，對(duì)實(shí)現(xiàn)污染物的即時(shí)催化降解具有重要意義。然而，最優(yōu)的膜孔空間限域尺度無(wú)法確定，納米級(jí)限域通道可能導(dǎo)致催化膜滲透性和催化降解性能之間的trade-off。而且孔中反應(yīng)物連續(xù)的擴(kuò)散-反應(yīng)過(guò)程使得催化降解效率與時(shí)間和空間密切相關(guān)，但目前膜孔時(shí)空限域效應(yīng)對(duì)催化膜性能的影響尚未明確。同時(shí)，催化膜的構(gòu)效關(guān)系模糊，未形成針對(duì)具體應(yīng)用的催化膜設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，阻礙了催化膜的實(shí)際工程應(yīng)用。因此，全面了解用于水治理的催化膜的組成、制備、限域機(jī)理并提出定向設(shè)計(jì)準(zhǔn)則至關(guān)重要。
近日，中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所先進(jìn)功能膜團(tuán)隊(duì)劉富研究員、盧娜博士基于用于水治理的催化膜的長(zhǎng)期研究，受邀在國(guó)際知名期刊Advanced Materials上發(fā)表題為“Tempospatially Confined Catalytic Membranes for Advanced Water Remediation”的綜述文章（Adv. Mater. 2024, DOI: 10.1002/adma.202311419）。
本綜述批判性地回顧了用于水治理的催化膜的研究進(jìn)展，并提出了時(shí)空限域催化膜的設(shè)計(jì)流程；重點(diǎn)介紹了納米限域效應(yīng)、界面效應(yīng)和動(dòng)力學(xué)傳質(zhì)等時(shí)空限域機(jī)制，明確了其在催化膜構(gòu)筑和性能優(yōu)化中的作用。本文還根據(jù)催化劑和孔徑的匹配，總結(jié)了催化膜的制備方法，并對(duì)催化膜的應(yīng)用和性能評(píng)價(jià)方式進(jìn)行了綜述，對(duì)催化膜的未來(lái)發(fā)展方向進(jìn)行了展望。
上述工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金（52373112）、中國(guó)科學(xué)院重大挑戰(zhàn)國(guó)際合作項(xiàng)目（No.181GJHZ2022038GC）、寧波國(guó)際研發(fā)合作項(xiàng)目（No.2023H001）、浙江省杰出青年基金（LR20E030002）、浙江省高層次人才計(jì)劃專項(xiàng)（ZJWR0108020）的支持。
圖1 系統(tǒng)綜述催化膜材料、活性氧生成、時(shí)空限域、制備技術(shù)和應(yīng)用
圖2 基于時(shí)空限域效應(yīng)的催化膜設(shè)計(jì)流程
（高分子與復(fù)合材料實(shí)驗(yàn)室? 盧娜）