近日，我校轻工与食品学院金永灿教授团队与苏州大学团队合作在国际著名材料类综合性期刊Advanced Functional Materials(中文译名《先进功能材料》，影响因子18.808)在线发表了题为“Wood-Inspired Binder Enabled Vertical 3D Printing of g-C3N4/CNT Arrays for Highly Efficient Photoelectrochemical Hydrogen Evolution”的研究论文(论文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202105045)。我校为本研究的第一完成单位，轻工学院青年教师姜波为论文第一作者，金永灿教授为共同通讯作者。该成果得到了国家自然科学基金重点项目等资助。

二维(2D)纳米材料因其超薄结构、高比表面积、丰富的活性位点和优异的电子传输能力，在光电化学领域应用潜力巨大。然而，常用的无序堆叠的2D纳米材料的应用一直受到电荷传输曲折度高、表面活性位点少、传质效率低等问题的限制。天然木材具有的层级多孔结构为多相(流体、气体、离子等)传输和多谱线能量(光、声、微波等)转移提供了通道，并且木材中木质素填充在细胞壁微纤丝之间，增强了细胞壁的刚性和尺寸稳定性。受此启发，金永灿教授团队与苏州大学相关团队针对上述挑战，以2D石墨相氮化碳(g-C3N4)为主要原料，木质素为胶黏剂，碳纳米管(CNT)为添加剂，创新性地提出了垂直三维(3D)打印策略，利用“墨水”在打印过程中受针头剪切应力的作用，构建了层级多孔的g-C3N4/CNT垂直取向(高1.5 mm)阵列结构。垂直阵列结构由于光的多重散射增强了可见光的捕获能力，CNT的添加显著提升了g-C3N4表面光生电子的转移效率。g-C3N4/CNT垂直阵列的层级多孔结构使其暴露丰富的活性位点，可作为传质通道，获得高效的水相化学反应。特别地，g-C3N4纳米片的垂直取向益于电子的直接快速传输，可减小电子传输势垒，避免了电子在无序堆叠膜结构中传输的高曲折度。同时，木质素的熔融胶黏特性以及天然的疏水性，增强了g-C3N4/CNT垂直阵列在水相反应中的结构稳定性，使其表现出优异的光电催化制氢潜力。论文提出的简单和可拓展的垂直3D打印策略为提升2D纳米材料的光电催化性能提供了新的思路。