Self-Polarized Cnt/Pvdf Nanocomposites with Ultra-High Β Phase Achieved Via Water Induction for Efficient Piezo-Catalysis

纳米复合材料 材料科学 催化作用 相(物质) 纳米技术 复合材料 化学 有机化学
作者
Yingying Zhang,Carice Chong,Wangshu Tong,Haitao Li,Hiang Kwee Lee,Jie Han
标识
DOI:10.2139/ssrn.4526609
摘要

Polyvinylidene fluoride (PVDF) is promising for piezo-catalytic applications owing to its excellent biocompatibility, flexibility, and durability. However, it is limited by weak electroactivity originating from its intrinsically low β piezoelectric phase content (<20%) and insulating properties. Here, we achieve efficient piezo-catalysis by introducing a self-polarized PVDF-based composite containing carbon nanotube (CNT) as conductive fillers. Notably, our self-polarized CNT/PVDF (SCP) ensemble exhibits a high β phase content of ~95%, which is up to 6-fold higher than the original PVDF powder, and superior electrical activity by exploiting the polarity induction effect of water molecules. As a proof-of-concept demonstration, the SCP realizes efficient degradation of organic-polluted water by at least 95% within 2 h of ultrasonication (240 W), even at high pollutant concentration (40 mgL-1). Systematic investigations unveil its excellent recyclability and adaptability to various tropical or subtropical natural waters. More importantly, the SCP also achieves efficient H2O2 production of up to ~13.5 mmol gCNT-1 h-1, which is >6-fold and >19-fold better than standalone self-polarized PVDF (i.e., without CNT content) and emerging piezo-catalytic designs, respectively. This study offers a unique approach for designing PVDF-based piezo-catalyst to expedite mechanically-driven catalysis towards practical applications.
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