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推动光催化技术应用
助力锂资源高效利用
革新过氧化氢绿色合成方案
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近期，广工科研团队
在多个领域斩获重要成果
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邱学青教授团队在木质素衍生醛室温高效发电耦合制氢研究中取得重要进展
近日，广工轻工化工学院邱学青教授团队在生物质燃料电池和制氢领域取得突破性研究进展。研究成果以“Electricity generation coupled with hydrogen production at room temperature by lignin-derived aldehyde flow fuel cell based on Ag-CuxO/CF electrocatalyst”为题，于2025年10月8日发表于环境和能源催化领域顶刊Applied Catalysis B: Environment and Energy。通讯作者为俎喜红教授和邱学青教授，第一作者为硕士研究生谢子鑫。
传统水电解制氢能耗高，而生物质电解虽能耦合有机物氧化与产氢，但仍需外部供电，且存在法拉第效率低、副反应多等问题。将液流燃料电池与低电位有机物氧化反应相结合，是一种构建零耗电甚至耦合发电制氢的新思路。研究团队创新性地开发了具有 Cu0/Cu+混合价态、高活性比表面积、适宜吸附能力的 Ag-CuxO/CF 阳极电催化剂，使木质素衍生醛中的醛基在低电位氧化产氢同步释放电子至电池阳极，电子通过外电路传输至阴极，与高电位阴极电解液中的Fe3+发生还原反应形成闭合回路，实现产氢的同时高效发电。通过原位DEMS、原位Raman、原位FTIR等表征手段，证实了H2来源于醛基的C-H键，揭示了木质素衍生醛氧化产氢的机理是醛基在低电位（0～0.5VRHE）氧化过程中发生C-H键断裂，释放出电子和氢原子（*H），两个*H重组形成H2。该新型电池将传统制氢的耗电过程转变为发电过程，室温下电池功率密度达173.5 mW cm-2，优于已报道生物质燃料电池的室温发电性能，同时，产氢速率达1.96 mmol cm-2 h-1，与生物质电解制氢的产氢速率相媲美。该成果高效节能，兼具发电和产氢双重功能，在室温下将传统制氢的耗电过程转变为高效发电过程，为开发绿色节能的制氢技术和绿电行业发展提供了新思路。
本研究得到了国家自然科学基金联合基金集成项目（U23A6005）/面上项目（22378075）、广东省植物资源生物炼制重点实验室、广东省化学与精细化工实验室揭阳中心和广东工业大学广东省生态安全与绿色发展卓越基础研究中心等项目和平台的资助。
诺奖得主联合实验室在锂资源富集领域取得重要突破
近日，广工诺奖得主联合实验室在利用二维材料从盐湖卤水与废旧锂电池中高效提取锂资源的研究中取得重大进展。相关成果以《Nanoconfined MXene/Cellulose Membranes for Selective Lithium Extraction from Brines and Black Mass》为题，发表于材料化学领域国际顶尖期刊《ACS Nano》。该论文第一作者为广工杨蔻副教授，广东工业大学为第一完成单位。诺奖得主康斯坦丁院士、广工邱学青教授与张山青教授对本研究提供了重要指导。该成果为广工诺奖得主联合实验室的持续建设与发展注入了强劲动力，并提供了坚实的科研支撑。
锂作为锂离子电池的核心材料，在可再生能源系统和电动交通迅猛发展的背景下，其全球需求持续攀升。该工作成果研制出一种基于Ti₃C₂Tₓ MXene与羟丙基纤维素（HPC）的纳米受限温敏复合膜，可用于锂离子（Li⁺）的高选择性提取。该复合膜融合了MXene优异的电热传导性能与HPC的水合响应门控特性，构建出具有可调控间距的异质通道结构，借助纳米限域效应实现了基于离子水合半径和相互作用能差异的精准筛分与传输调控。
该研究工作中的膜材料具备良好的热可逆响应特性，并在焦耳加热条件下表现出优异的稳定性。实验表明，其在模拟阿塔卡马盐湖卤水中对锂离子的提取效率超过90%，而从锂电池黑粉（回收料）中回收锂的效率最高可达98%，展现出显著的实际应用潜力。该技术有望为锂电储能系统构建经济、环保的闭环回收体系，提供一条低成本、绿色可持续的解决方案，助力锂资源高效循环利用。
杨志峰院士团队在光活化分子氧合成过氧化氢研究中取得重要进展
近期，广工生态环境与资源学院杨志峰院士团队韩彬教授课题组在光活化分子氧合成过氧化氢研究中取得重要进展，研究成果以“Squaric acid-based zwitterionic covalent organic framework induces triple synergy for boosted hydrogen peroxide photosynthesis”为题发表于《Nature Communications》。韩彬教授为论文通讯作者，生态环境与资源学院2025届硕士研究生刘晨晨为论文第一作者。
光活化分子氧为过氧化氢（H2O2）的合成提供了一种可持续的方法，但其效率受到协同优化氧、质子和电子供应这一难题的限制。研究团队开发了一种基于方酸（SQ）的两性离子共价有机框架 (STT COF)，通过诱导三重协同效应，显著提升了光活化分子氧合成过氧化氢的效率。STT COF在纯水中实现了高达14356.5 μmol g-1 h-1的H2O2产率，表观量子效率（AQY）达40.0%（420 nm），是中性PTT COF材料的7.9倍，且优于已报道的大多数体系。通过同位素标记实验、原位红外光谱和电化学测试，证实H2O2生成源于一步两电子氧还原（ORR）路径，且SQ单元是关键的活性位点。SQ单元在水中发生自发氢化（C–O⁻→ C–OH）连续提取质子，且其质子利用能力不受pH影响。理论计算结果显示，氢化后的STT COF*通过提供相邻的H位点（C=NH+和C–OH），促使O2以Yeager型构型吸附，降低了ORR能垒。同时，SQ单元与三嗪单元（TAPT）形成强给体-受体（D-A）相互作用，促进了光生电子-空穴对的分离与迁移。此外，团队进一步开发了连续流动膜反应器，结合气体扩散层（GDL），在自然光照下7小时内生产了5升约400 μM的H2O2溶液，展示了较好的实际应用可行性。这项工作为设计高效的光催化H2O2合成材料提供了全新视角，有助于发展绿色、安全的H2O2按需生产新技术。
本研究得到了国家自然科学基金委水质风险控制工程学基础科学中心、广东省高等学校湾区生态安全与绿色发展基础研究卓越中心等项目的资助。
吴浩怡在稀土单原子光催化方面取得突破
近日，广工物理与光电工程学院教师吴浩怡博士在稀土原子光催化应用领域取得重要突破，相关研究成果以《Europium Single-Atoms on Titania Shift the Paradigm of Photocatalytic Pharmaceutical Removal》为题，发表于环境与能源催化领域顶级期刊《Applied Catalysis B: Energy and Environment》（中科院一区 Top 期刊，最新影响因子21.1）。论文通讯作者为吴浩怡博士和章伟教授，覃淑钰、吴浩怡、彭俊豪为共同第一作者。
光催化技术作为环境治理与能源转化的核心方向之一，传统TiO₂基光催化剂的实际产业化应用长期受三大核心瓶颈制约：其一，光谱响应范围狭窄，难以充分利用可见光等清洁能源；其二，光生电子-空穴对复合率高，导致光量子效率低下；其三，固-液界面电荷迁移效率不足，限制了催化反应动力学进程。针对这些关键技术难题，研究团队创新性地提出在 TiO₂基底上修饰铕（Eu）单原子的设计策略，构建出兼具高稳定性与高活性的吸附-催化一体化位点。
系统研究结果表明，铕单原子的引入在TiO₂导带底部形成独特的掺杂能级，不仅显著拓宽了催化剂的光谱吸收范围（覆盖可见光区域），还强化了其对目标污染物的吸附能力。这一结构优化同步实现了光生电荷分离效率的提升与固-液界面电荷迁移阻力的降低，成功突破了传统TiO₂光催化技术的三大核心瓶颈。结果显示，与纯TiO₂相比，铕单原子修饰的TiO₂催化剂在可见光照射下对医药及个人护理品（PPCPs）的降解效率提升27倍，紫外光条件下降解效率提升3.9倍，展现出优异的实际应用潜力。
该研究首次明确了稀土铕原子在光催化体系中的关键作用机制，为稀土元素在光催化领域的高效利用提供了全新思路，同时为新型高性能光催化剂的结构设计与性能优化提供了切实可行的技术方案，对推动光催化技术在环境治理等领域的产业化应用具有重要意义。
姚晓婷在平面紧集的Peano模型理论研究中取得重要进展
近期，广工数学与统计学院教师姚晓婷与中山大学数学学院罗俊教授、中山大学珠海校区数学学院杨毅助理教授在平面紧集的Peano模型理论研究中取得重要进展，相关研究成果以“A model for planar compacta and rational Julia sets”为题，发表在国际著名期刊《Advance in Mathematics》上（署名按作者姓氏字母顺序排列）。
一般来说，紧度量空间具有非常复杂的拓扑结构，因此人们希望找到恰当的分解，使得该分解所诱导的商空间可以极大地保留原空间的拓扑结构，并且具有好的性质，进而可以通过研究商空间来获取原空间的信息。这是核心分解理论的初始想法。
核心分解理论在复解析动力系统中有重要应用。Loridant，Luo和Yang证明了：复平面上的任意紧集，都存在唯一的上半连续分解，使得它的商空间是Peano紧集，并且加细其它使得商空间为Peano紧集的上半连续分解。该分解称为平面紧集关于Peano性质的核心分解，其诱导的商空间称为平面紧集的Peano模型，分解元称为平面紧集的原子。Peano紧集是局部连通连续统在不连通情形下的自然推广，因此该结果将Blokh, Curry 和Oversteegen提出的仅对多项式的连通Julia集适用的局部连通模型，推广到适用于任意有理函数Julia集的Peano模型。
姚晓婷与合作者在Peano模型存在的基础上证明了平面紧集的核心分解在分支覆盖映射下保持原子结构不变，即对复平面上的任意紧集K和分支覆盖映射f（特例：有理函数）,f-1(K)的原子在映射f下的像是K的原子，同时K的原子在f下的逆像的每个连通分支也恰好是f-1(K)的原子。该结论可以诱导有理函数Julia集上动力系统的Peano因子系统。
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来源 | 学校新闻网
编辑 | 肖雨桐
运营团队 | 学生新闻中心
原标题：《最新进展‼️》