中科大應(yīng)用材料基因組學(xué)助推空氣凈化器研發(fā)

【摘要】近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)國家同步輻射實驗室教授高琛團隊用他們已獲數(shù)項國家發(fā)明專利的光催化材料，研制出一種新型空氣凈化器樣機。該樣機在同樣的紫外光照條件下，不僅能夠濾除PM2.5，而且對室內(nèi)裝修材料釋放出的甲醛、甲苯等揮發(fā)性有害氣體的去除能力經(jīng)實驗室初步測定，比市售產(chǎn)品高兩三倍。

近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)國家同步輻射實驗室教授高琛團隊用他們已獲數(shù)項國家發(fā)明專利的光催化材料，研制出一種新型空氣凈化器樣機。該樣機在同樣的紫外光照條件下，不僅能夠濾除PM2.5，而且對室內(nèi)裝修材料釋放出的甲醛、甲苯等揮發(fā)性有害氣體的去除能力經(jīng)實驗室初步測定，比市售產(chǎn)品高兩三倍。

    這一空氣凈化器樣機的誕生，源于一次聚會的談笑之間。2013年底，霧霾籠罩合肥。一次朋友聚會中，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)先進技術(shù)研究院副院長劉文望著窗外灰蒙蒙的天空，感慨地問：“現(xiàn)在空氣這么差，你們作基礎(chǔ)研究的有沒有點新辦法?”

    參加這次聚會的高琛說：“我們課題組研究光催化材料10多年了，從目前的指標(biāo)來看已能夠有效降解家裝產(chǎn)生的揮發(fā)性有機污染物，至少能讓大家關(guān)窗不吸毒。”

    光催化材料，港澳臺地區(qū)又稱“光觸媒”，是一種在光照條件下能夠產(chǎn)生電子—空穴對，進而在其表面發(fā)生氧化、還原反應(yīng)的半導(dǎo)體材料。光催化材料的應(yīng)用和潛在應(yīng)用包括：自清潔涂層，空氣、水污染的治理以及太陽能光解水制氫等。但是，這些應(yīng)用的實現(xiàn)都對光催化效率有相當(dāng)高的要求。市場上已經(jīng)成熟并在高端空氣凈化器中采用的二氧化鈦只能吸收利用紫外光，空氣凈化效率受限。

    “外人很吃驚我們這么快就拿出樣機，其實我們是十年磨一劍。”高琛說。

    據(jù)介紹，2011年，美國總統(tǒng)奧巴馬推出了“材料基因組計劃”，材料基因組方法這一前沿技術(shù)則由組合材料學(xué)發(fā)展而來。而在組合材料學(xué)發(fā)展的早期，高琛曾在組合材料學(xué)的發(fā)源地——美國勞倫斯-伯克萊國家實驗室項曉東-Schultz課題組工作，對組合材料學(xué)的發(fā)展作出了重要貢獻。回國后，組合材料學(xué)進入低潮期，但高琛耐住“寂寞”，一直堅持該方向的工作。10多年前，高琛帶領(lǐng)團隊將此方法用于光催化材料的研究，歷經(jīng)初期的材料篩選、中期的材料優(yōu)化、后期的同步輻射機理研究，終于鑄得“一劍”。

    “但要真正大規(guī)模應(yīng)用，其實還有工程化研究需要完成，其中的艱辛是不難想象的。”高琛說，材料基因組方法的優(yōu)勢是能夠同時大量合成、表征新型材料，他的團隊在合成光催化材料中曾拿出幾百種材料方案，之所以能在很短時間內(nèi)找到最優(yōu)化的方案，材料基因組方法至為關(guān)鍵。

    高琛介紹說，結(jié)合大數(shù)據(jù)方法，材料基因組可以同時對成千上萬種新材料進行預(yù)測、篩選、合成和表征。對比以前愛迪生花費多年時間尋找合適的燈絲材料、科學(xué)家測試成百上萬次找到一種合用的農(nóng)藥，材料基因組方法簡直是“神器”。