歐盟石墨烯旗艦與博洛尼亞大學(xué)、米蘭理工大學(xué)、CNR、NEST、ItalcementiHeidelbergCement Group、以色列理工學(xué)院、艾恩德霍芬技術(shù)大學(xué)和劍橋大學(xué)合作開發(fā)了石墨烯-二氧化鈦光催化劑，在實(shí)際污染物測試中，其降解的大氣氮氧化物（NOx）比標(biāo)準(zhǔn)二氧化鈦納米顆粒高出70％。

大氣污染是一個日益嚴(yán)重的問題，特別是在城市密集的地區(qū)和欠發(fā)達(dá)國家。根據(jù)世界衛(wèi)生組織的統(tǒng)計(jì)，每9例死亡中就有1例歸因于空氣污染引起的疾病。造成這種情況的主要原因是氮氧化物和揮發(fā)性化合物等有機(jī)污染物，它們主要是由汽車尾氣和工業(yè)排放產(chǎn)生的。

為了解決該問題，研究人員一直在尋找從大氣中去除更多污染物的新方法，而二氧化鈦等光催化劑是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的好方法。當(dāng)二氧化鈦暴露在陽光下時，它會降解氮氧化物（這對人體健康非常有害）和表面上存在的揮發(fā)性有機(jī)化合物，將其氧化為惰性或無害的產(chǎn)物。

在實(shí)際污染物測試中，石墨烯-二氧化鈦復(fù)合光催化劑比標(biāo)準(zhǔn)二氧化鈦納米顆粒降解的氮氧化物（NOx）多70％。

現(xiàn)在，在意大利海德堡水泥集團(tuán)的Italcementi的協(xié)調(diào)下，從事光催化涂層研究的石墨烯旗艦團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種新型的石墨烯-二氧化鈦復(fù)合材料，該復(fù)合材料的光降解性能比純二氧化鈦要強(qiáng)得多。Italcementi研究協(xié)調(diào)員Marco Goisis評論說：“我們響應(yīng)了旗艦的要求，并決定將石墨烯與最常用的光催化劑二氧化鈦偶合，以增強(qiáng)光催化作用?！彼^續(xù)說：“光催化是我們應(yīng)對環(huán)境污染的最有效方法之一，因?yàn)樵撨^程不會消耗光催化劑。這是被太陽光激活的反應(yīng)。”

僅在水和大氣壓條件下，在二氧化鈦納米粒子存在的情況下，通過對石墨進(jìn)行液相剝離（生成石墨烯的過程），研究人員制備出了一種新的石墨烯-二氧化鈦納米復(fù)合材料，該復(fù)合材料可以涂覆在材料表面上以被動去除空氣中的污染物。如果將該涂料用于街道或建筑物墻壁上的混凝土表面，產(chǎn)生的無害的光降解產(chǎn)物會被雨或風(fēng)洗掉，或被人們手動清除。

為了檢測其光催化降解效果，該團(tuán)隊(duì)檢測并記錄了新型光催化劑對NOx的降解，與標(biāo)準(zhǔn)二氧化鈦相比，其對氮氧化物的光催化降解效果明顯改善。該團(tuán)隊(duì)還使用羅丹明B作為揮發(fā)性有機(jī)污染物的模型進(jìn)行測試，因?yàn)槠浞肿咏Y(jié)構(gòu)與汽車、工業(yè)和農(nóng)業(yè)排放的污染物的分子結(jié)構(gòu)極為相似。他們發(fā)現(xiàn)，在紫外線照射下，石墨烯-二氧化鈦復(fù)合物降解的羅丹明B比單獨(dú)的二氧化鈦多40％。

“石墨烯與二氧化鈦的偶聯(lián)以粉末形式為我們提供了出色的結(jié)果，它可以應(yīng)用于不同的材料，其中混凝土是廣泛使用的一個很好的例子，有助于我們創(chuàng)造更健康的生活環(huán)境。它的維護(hù)成本低且環(huán)保，因?yàn)樗恍枰柕哪芰浚鵁o需其他輸入?！?Goisis說。但是，要在商業(yè)規(guī)模上使用它之前，還需要解決一些挑戰(zhàn)。需要更便宜的批量生產(chǎn)石墨烯的方法。催化劑和主體材料之間的相互作用研究需要加深，并需要研究光催化劑在室外環(huán)境中的長期穩(wěn)定性。

超快速瞬態(tài)吸收光譜法的測量揭示了從二氧化鈦到石墨烯薄片的電子轉(zhuǎn)移過程，降低了電荷復(fù)合率并提高了反應(yīng)性物質(zhì)光產(chǎn)生的效率，這意味著更多的污染物分子可能會被降解。

石墨烯旗艦發(fā)泡材料和涂料工作組負(fù)責(zé)人馮新亮解釋說：“應(yīng)用于水泥的膠結(jié)基質(zhì)中的光催化作用可通過減少NOx并實(shí)現(xiàn)表面的自我清潔而對減少空氣污染產(chǎn)生重大影響，因此石墨烯可以幫助改善催化劑（如二氧化鈦）的光催化行為并增強(qiáng)水泥的機(jī)械性能。在發(fā)表的論文中，石墨烯旗艦合作伙伴通過一步步驟制備了石墨烯-二氧化鈦復(fù)合材料，以拓寬和改進(jìn)“吃霧性”水泥的突破性發(fā)明。所制備的復(fù)合材料顯示出增強(qiáng)的光催化活性，在模型研究中，其降解程度比原始二氧化鈦高40％以上，而在相似的過程中，NOx降解程度最高可達(dá)70％。此外，使用超快速瞬態(tài)吸收光譜法簡要研究了這種改善的基礎(chǔ)?！?/span>

作為全球最大的水泥生產(chǎn)商之一的海德堡水泥集團(tuán)旗下的Italcementi公司全球產(chǎn)品創(chuàng)新總監(jiān)Enrico Borgarello表示：“將石墨烯整合到二氧化鈦中制成新的納米復(fù)合材料是成功的。納米復(fù)合材料顯示出光催化性能的顯著改善大氣中NOx的降解增強(qiáng)了二氧化鈦的作用。這是非常重要的結(jié)果，我們期待在不久的將來實(shí)現(xiàn)光催化納米復(fù)合材料的使用，以改善空氣質(zhì)量。”

將石墨烯摻入混凝土的原因并不僅限于此。Italcementi還在開發(fā)另一種產(chǎn)品-導(dǎo)電石墨烯混凝土復(fù)合材料，該產(chǎn)品已于今年2月的世界移動大會上展出。當(dāng)作為地板的一層包括在內(nèi)時，當(dāng)電流通過時會釋放熱量。戈西斯評論道：“您無需使用儲水箱或鍋爐中的水就可以加熱房間或人行道。這為未來的智慧城市-尤其是自感應(yīng)混凝土-打開了創(chuàng)新之門，”它可以檢測壓力或壓力。應(yīng)變混凝土結(jié)構(gòu)并監(jiān)測結(jié)構(gòu)缺陷，如果結(jié)構(gòu)完整性接近失效，會發(fā)布警告信號。

石墨烯旗艦產(chǎn)品的科學(xué)技術(shù)官兼管理小組主席Andrea C. Ferrari補(bǔ)充說：“現(xiàn)在越來越多的公司成為石墨烯旗艦產(chǎn)品的合作伙伴或準(zhǔn)成員，因?yàn)樗麄冋J(rèn)識到新的和潛在的潛力。在這項(xiàng)工作中，展示了石墨烯在環(huán)境污染物降解中的明確應(yīng)用，不僅可以帶來商業(yè)利益，而且最重要的是，通過產(chǎn)生石墨烯可以給社會帶來好處。在更清潔，更健康的環(huán)境中?！?/span>