基于三同轴电纺原位生成有序层状Z型全固态(BSC-X)/GR/C3N4复合纳米纤维精密构建及可见光解水制氢行为与机理
批准号:
52072146
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
李佑稷
依托单位:
学科分类:
无机非金属基复合材料
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
李佑稷
中文摘要
光催化分解水制氢在能源开发方面具有重要意义。本课题利用三同轴电纺原位生成技术构建有序层状Z型全固态(BSC-X)/GR/C3N4(BSC:宽带半导体;X:掺杂剂;GR:石墨)复合纳米纤维。利用有序层状特性,能带调控特性,高导电特性、结合异质表界面效应、欧姆接触效应、宽谱吸光效应、微观协同催化效应、提高制氢效率,阐述催化机制和优化构效关系。本课题重点研究材料的制备工艺过程与其结构、性能的关系;研究该纤维的微观结构、化学组成、异质界面、能带调控与光解水制氢性能的关系及对拓展可见光响应范围的作用;研究该类纤维的光生载流子的传输机理和制氢微观机制及其动力学过程,无机、有机牺牲剂及纯水等光催化制氢反应体系与催化剂的高效匹配,寻找具有高活性和良好重复使用性能的Z型全固态类光催化材料。本课题的研究将为探索这类材料的制备、表界面行为调控与微观协同催化机制及在光解水制氢领域的实际应用提供理论基础。
英文摘要
Photocatalytic decomposition of water for hydrogen production is of great significance in energy development. In this subject, the ordered layered Z-type all-solid state (BSC-X)/GR/C3N4 (BSC: broadband semiconductor; X: dopant; GR: graphite) nanocomposite fibers were controlled prepared by in-situ generation technology of tri-coaxial electrospinning. The catalytic mechanism and optimum structure-activity relationship are described by using ordered layered characteristics, energy band regulation characteristics, high conductivity, combined heterostructure interface effect, ohmic contact effect, broad-spectrum absorption effect, micro-synergistic catalytic effect to improve hydrogen production efficiency. This topic focuses on the relationship between the preparation process of the material and its structure and properties, the relationship between the microstructure, chemical composition, heterogeneous interface, energy band regulation and hydrogen production from photolysis of water and its role in expanding the visible light response range. It is studied about the transmission mechanism of photogenerated carriers, the micro-mechanism and hydrogen-production dynamic process of the fibers, and photocatalytic hydrogen production reaction systems (inorganic, organic cattle, pure water etc.) highly matched with catalysts in order to find Z-type all-solid-state photocatalytic materials with high activity and good reusability. The research of this subject will provide theoretical basis for exploring the preparation of such materials, the regulation of surface-interface behavior and micro-synergistic catalytic mechanism, and the practical application in the field of hydrogen production from photolysis water.
氢能不但能量密度高、燃烧效率高、清洁环保,而且为人类社会可持续利,是解决能源危机,替代传统化石燃料的最佳能源。光催化工程技术是直接利用低密度的太阳能转换成为化学反应所需的能量,不但用来氧化降解各种污染物,而且也可以还原再生新物质的先进技术,是解决能源危机问题的有效方式。为此,太阳能光催化分解水制氢技术不仅有效避免采用裂解化石能源制氢和电解水制氢带来的污染大、能耗高的缺点,而且又能实现制氢过程持续化,成为最有前景新兴领域。但是,由于缺乏低成本、高效、环境友好、稳定的光催化材料,而阻碍了光催化制氢技术的实用化和产业化进程。目前,经典使用的Z型全固态光催剂材料,虽然利用可见光,通过不同催化剂协同激发,实现了H+/H2和O2/H2O能隙跨越,完成光解水制氢过程,值得关注的是,迄今还没有制备有序层状Z型全固态纤维材料。本项目利用三同轴电纺原位生成技术制备有序层状Z型全固态(BSC-X)/GR/C3N4复合纳米纤维。从2021年到2024年这四年的时间里,组织开展了大量而深入的研究开发工作。通过静电纺丝技术构建开发了TiO2-Ce/GR/C3N4、TiO2/Pt/CdS、S/CdO@In2O3、g-C3N4/Pt-CdO ZnTiO3/Bi2Ti2O7 、(TC/GR/CN)、TiO2/Pt/CdS、(TiO2-Ag)/GR/C3N4和(ZnO-Pt)/GR/C3N4等一系列光催化剂;实现了纤维表界面微纳结构精密构建与调控,并探索出三同轴电纺原位生成技术制备有序层状 Z 型全固态复合纳米纤维关键因素与合成规律,表界面行为调控及其光解水制氢动力学、热力学行为过程与机制。另外,在该项目研究进展基础上,对C3N4进行了改性等系统研究。共发表论文10篇,获专利授权4项,其中发明专利2项。该项目制备光催化剂纤维能够吸收光能并将其转化为化学能,通过形成光生电子-空穴对参与化学反应,从而实现对水的分解制氢气,为可再生能源的生产提供了新的途径,在能源转换领域展现出巨大潜力。经过四年的努力,我们认为完成了资助计划书中规定的任务,达到了项目的预期研究目标。
基于光纤布能石墨烯气凝胶原位负载蜂窝状(SC-X)@GA/OF多孔电极的精密构建及CO2光电还原微观协同催化机制
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批准号:21763010
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项目类别:地区科学基金项目
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资助金额:38.0万元
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批准年份:2017
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负责人:李佑稷
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依托单位:
量子点敏化石墨烯基介孔包覆QD@TiO2/GR复合纳米材料制备及协同可见光催化性能
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批准号:21476095
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项目类别:面上项目
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资助金额:81.0万元
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批准年份:2014
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负责人:李佑稷
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依托单位:
介孔负载(TiO2-X)mp./C超临界辅助液晶软模板合成和协同光催化性能
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批准号:51172092
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项目类别:面上项目
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资助金额:63.0万元
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批准年份:2011
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负责人:李佑稷
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依托单位:
超临界预处理外负载TiO2-X/Csurf.的制备和协同光催化性能
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批准号:50802034
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:22.0万元
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批准年份:2008
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负责人:李佑稷
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依托单位:
国内基金
海外基金