利用Janus电催化膜中的非对称水力行为来最大化性能

《Environmental Science & Technology Letters》：Leveraging Asymmetric Hydraulic Behaviors in Janus Electrocatalytic Membranes To Maximize Performance

　　Janus电催化膜通过利用两侧不对称水力行为增强电催化活性，实验证实将主导活性界面置于进水侧可使污染物降解效率提升4-10倍，模拟显示其对对流、旁路和扩散作用的影响，生命周期评估表明其兼具高效率和环保优势。

　　

Janus电催化膜（JEMs）凭借其具有协同多反应路径的双功能界面，在先进的水处理领域展现出巨大潜力。本研究揭示了一个新的关键见解：JEMs进料侧和渗透侧之间的固有非对称水力特性从根本上决定了电化学活性的空间分布。重要的是，通过策略性地布置活性界面来利用这种非对称性，可以在不增加额外能量或材料投入的情况下最大化催化性能。实验表明，在相同条件下，仅将主要活性界面置于水力条件更有利的进料侧，就能使污染物降解效率提高4到10倍。数值模拟结果显示，在进料侧和渗透侧之间存在显著的对称性水力行为差异（包括对流、旁路和浓度扩散）。这种非对称性促进了质量传递，扩大了电活性区域，并加快了电子转移速度。此外，生命周期评估和环境生命周期成本分析表明，合理布置活性界面不仅能够提升JEMs的性能，还能在环境可持续性和成本效益方面优于那些通过增加电流密度和催化剂负载的传统策略。总之，本研究提出了一种创新且资源高效的设计原则，通过利用JEMs的非对称水力特性来最大化其催化性能。