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随着社会的发展,能源、环境等问题日益突出,一方面,人类对石油燃料的需求越来越大,由于其不可再生的特性,使得人类面临着严峻的能源危机;另一方面,工业生产、日常生活产生的各种污染物肆意排放,不仅影响人类的健康,更对生态环境造成极大的破坏。光催化技术作为一种高效、安全的环境友好型环境净化技术凭借反应条件温和、能量来源清洁丰富等优点,受到越来越多科研人员的关注。
光催化原理是基于光催化剂在光照的条件下具有的氧化还原能力,从而可以达到净化污染物、物质合成和转化等目的。通常情况下,光催化氧化反应以半导体为催化剂,以光为能量,将有机物降解为二氧化碳和水。
1.石墨烯在光催化领域的优势
石墨烯光催化复合材料在近年来发展迅速,其在解决能源和环境问题方面具有极大的应用价值。
另一方面,三维石墨烯的构筑在实现光催化剂均匀分散的基础上,又使其具备了许多新的优点:内部的多孔结构加大了材料对反应物的吸附作用;相互连通的导电网结构可进一步加速光生电子的转移,同时缩短电子到反应物间的传输距离;良好的机械强度使材料在催化反应后易于回收,而这在污水净化领域显得尤为重要。这些特点使三维结构的石墨烯复合光催化材料具备了更加突出的实用性。
2.促进光生电子的传输
石墨烯作为导电介质与半导体光催化材料复合,提高光生电子的传输速率,并抑制光生电子 - 空穴对的重组,是石墨烯在光催化材料中最基本的作用。
研究人员用水热法合成了 CdS- GR高效纳米复合光催化材料,该材料在可见光照射及较温和的条件下即可选择性地将苯甲醇氧化为苯甲醛,其光催化效率的提高主要归因于石墨烯的高导电性和增强的光吸收作用。在可见光照射下电子从 CdS的价带激发到导带,由于石墨烯具有优异的导电性,导致电子从导带转移到了石墨烯上,因而延长了光生电子 - 空穴对的寿命,提高了光催化效率。
3.扩大光吸收强度和范围
石墨烯是一种带隙宽度为零的半导体材料。在本征石墨烯中,其费米能级精确位于狄拉克点处,对石墨烯进行功能化改性可使其成为 n 或 p 型半导体,进而打开石墨烯的带隙。另一方面,许多半导体材料因为禁带宽度大,只有吸收紫外光才能激发价带电子的跃迁,但太阳光中紫外光只占到4% ,这极大地限制了材料的实际应用。将半导体光催化材料与石墨烯进行复合,通过形成异质结界面,扩大复合材料的光吸收范围并增强光吸收强度,被逐渐证实为一个行之有效的办法。
4.吸附反应物
石墨烯作为一种表面积巨大的二维层状材料,其优异的物理吸附性能也是提高材料催化效率的主要原因之一。此外,石墨烯光催化材料中多数的石墨烯都是通过 GO 还原得来,表面残余的含氧官能团可以通过氢键、静电力等作用与反应物结合;还原后的共轭苯环区域可以通过 π - π 相互作用吸附一些芳香族物质。吸附作用可以快速将反应物聚集到催化剂表面,加速二者之间氧化还原反应的进行,提高催化效率。
除上述作用外,石墨烯还可以作为光敏剂、光稳定剂、支撑载体等,来提高光催化材料的综合性能。
从整体来看,石墨烯由于其优异性能对于弥补光催化材料的固有缺陷有着显著的优势。但到目前为止,关于石墨烯对光催化作用的增强机理尚未完全明确,催化效率高、成本低、可实现大规模生产的石墨烯光催化材料还没有出现,因而迫切需要更加广泛而深入的研究。
2021年6月6日,第三个国际石墨烯日来临之际,作为“新材料之王”的石墨烯这个行业近期又有什么重磅消息呢?记者特地对国家石墨烯应用产业技术创新战略联盟理事长赵猛博士进行了专访,赵博士在专访中表示,石墨烯是关键战略材料,也是全球竞争的热点。经过前期的积累,石墨烯产业已经到了应用爆发阶段。近期,由国家石墨烯应用产业技术创新战略联盟指导、上海华烯新材料科技(集团)公司承建的“一带一路亚欧国际石墨烯数字直播产业联盟”及“总部基地”即将落户新疆乌鲁木齐。本着“资源融合、互通互融、协同发展”的理念,打造的一带一路石墨烯亚欧国际跨境电商直播电商产业基地,产业园设立在经开区,由石墨烯5G数字直播产业联盟运营,规划面积10000㎡,将构建全疆首个以石墨烯为核心,集头部平台、主播、产业链、石墨烯供应链、基地品牌、物流管理、区块链、大数据运营、孵化培训等为一体的全疆首家石墨烯直播电商生态圈。
科技重启丝绸之路,实施“个十百千万”计划
中国新疆地区与八个国家接壤,是中国西部名副其实的“对外窗口”。“一带一路石墨烯亚欧国际数字直播产业联盟总部基地”积极参与石墨烯国际组织开展的相关工作,分享相关研究成果,共同制订应用产品国际标准,积极支持“一带一路”国家和地区开展石墨烯应用人才、技术交流活动。实施“个十百千万”计划,1个烯谷直播孵化中心,10个石墨烯5G直播产业园,100个5G智能烯客厅CLUB,1000个石墨烯5G数字化直播基地,10000家石墨烯5G数字直播间,100000家石墨烯助家超市。
在2022年底完成一省一孵化中心,一城一烯客厅,一县一直播基地一县一特色小镇,一村一货架式直播间,一区一助农超市的线下生态建设布局,将乌鲁木齐打造成为著名的文化直播跨境电商之都。
二、构建石墨烯直播电商人才支撑体系
1.开展普及性培训。
2.部署一基地一烯点5G商学院,主要培育对象为女性、创业者、农民、大学生、退伍军人等。
依托专业烯点5G商学院、主播孵化机构,重点组织对新人主播进行个性化包装设计,学习自媒体、短视频、电子商务等业务知识,培训粉丝互动技巧,培养良好的心理素质和吸粉能力,通过石墨烯直播带货实操,培育与产品匹配的主播与团队,帮助专业市场商家和园区基地培育输送专业对口的主播与直播团队,培养一批腰部及腰部以下石墨烯网红主播。
3.扶持培育石墨烯网红达人。依托烯点智库,在资源和资本的有力支持下,针对专业主播进行包装和打造,保障内容的持续输出,整合电商平台、石墨烯供应链等行业资源,帮助主播与外部石墨烯品牌资源合作,从而最终实现商业效益,力争培养一批头部石墨烯网红。
4.推出千红计划,择优选取一千名潜力人才重点培育,打造成石墨烯领域具备社会价值的超级网红,构建一红一品反向定制,打破产品同质化,形成特有的定制化产品竞争壁垒,以人为本,以人才为核心力量。
5.项目孵化,整合行业各种顶尖资源,同时与政府单位保持紧密联系,为石墨烯相关创业项目与创业团队,争取包括人才、资本、税收等方面的优惠政策,助力相关石墨烯项目落地孵化,让更多石墨烯应用技术得以转化。
三、营造石墨烯直播电商发展良好氛围
1.建立石墨烯直播电商“诚信规范经营”认证机制。
2.组织石墨烯直播电商国际发展高峰论坛。
3.举办石墨烯5G国际跨境电商直播节。
4.加大舆论宣传力度。
5.打造石墨烯产品数字供应链体系。
6.启动“烯动中国,智慧疆来”计划,加入人才储备库优先安置就业创业,拟定计划培育30万人才,安置20万人就业,孵化5万人创业。
产业园发挥石墨烯国际资源、科技资源、品牌资源,以及强劲的传播力、影响力、公信力优势,依托经开区得天独厚的地理区位优势、政通惠民的政策扶持优势,加快打造园区“一基地、二中心、三扶持”,推进园区“疆来”工程,努力培育以石墨烯数字技术为核心的全链路、全新型现代经济新业态、新生态。
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