近日，東南大學化學化工學院孫岳明/代云茜教授團隊在國際著名學術期刊Nature Communications在線發表題為“Hierarchical triphase diffusion photoelectrodes for photoelectrochemical gas/liquid flow conversion”的研究論文。該研究通過克服無機半導體氧化物的本征脆性，實現多級孔無機納米纖維的增韌增強，獲得首款多相擴散光電極，首次實現了光電流動化學轉化。
無機納米纖維是我國戰略性新材料的重要部分，具有獨特的超細、超長、一維限域特性，是連接微觀和宏觀的新媒介，蘊含豐富多彩的材料、化學、物理現象和科學內涵。針對氧化物的本征脆性長期束縛其先進功能的難題，該團隊在單根無機納米纖維中引入高密度位錯，克服本征脆性，實現增韌增強。進一步，團隊利用靜電紡絲過程中納米纖維可自然堆疊為二維多孔膜的獨特優勢，設計多級孔道及“氣-液-固”三相界面，形成新型的限域傳質催化膜。
該增韌增強半導體纖維膜具備高導電、高光吸收、快速光電轉化及高效甲烷轉化活性，同時具有親和電解液與難溶性反應氣體的雙親界面性質。基于此，該團隊實現了世界首款自支撐無機納米纖維膜基光電化學流動池。甲烷分子的轉化產率相比傳統間歇反應提高到16.6倍，C2+產物選擇性提高到4倍，同時保持100 h以上的穩定性，顯著提高我國頁巖氣、可燃冰（主要成分甲烷）的綠色高效利用。
本工作基于無機納米纖維，為眾多多相催化反應中的增強傳質、多功能材料結構的設計提供了新的思路。將為未來合理設計自支撐、柔性、便攜的擴散光電極提供指導，以助力大規模的太陽能驅動光電化學轉化。
東南大學化學化工學院代云茜教授、中國科學技術大學/安徽師范大學熊宇杰教授為該論文的通訊作者，東南大學化學化工學院至善博士后孟祥鈺、碩士研究生祝春彤和安徽師范大學青年教師王新為該論文共同第一作者。東南大學為第一通訊單位。該學科交叉工作得到電子科學與工程學院孫立濤/尹奎波教授團隊、土木工程學院邵新星老師課題組、物理學院董帥教授課題組的支持，國家自然科學基金、科技部重點研發計劃等的資助。
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