纳米级碳层作为电子介体的多组分共敏化Z型光催化体系的设计与构筑
项目介绍
AI项目解读
基本信息
- 批准号:51772041
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:61.0万
- 负责人:
- 依托单位:
- 学科分类:E0205.无机非金属基复合材料
- 结题年份:2021
- 批准年份:2017
- 项目状态:已结题
- 起止时间:2018-01-01 至2021-12-31
- 项目参与者:黄金斗; 吕娜; 董大朋; 刘奎朝; 刘佳; 杨树丹; 刘慧; 朱永安; 李百灵;
- 关键词:
项目摘要
Design and architecture of all-solid-state Z scheme photocatalytic systems inspired by the natural photosynthesis process have been become a hot topic for developing the renewable and clean energy resources through the photocatalysis technique. This kind of artificial heterogeneous Z-scheme photocatalytic systems has broad prospect of application in the fields of photocatalytic water splitting and CO2 photoreduction because of its wide light-absorption range, strong redox ability with high selectivity as well as good photostability. However, the industrial application of these photocatalysts so far is hindered by their drawbacks, such as poor electronic transmission capacity for traditional mediator, less amount of charge-carriers generation, low quantum yields, limited specific surface areas, and so forth. To solve the above scientific issues, we herein plan to hierarchically construct a novel kind of multicomponent co-sensitized Z-scheme photocatalytic systems with size-controlled carbon nanolayer as the continuous electron mediator. It is expected that the optimal combination of good electrical conductivity of carbon nanolayers, semiconductor heterojunction effect, noble metal SPR (coupling) effect, and unique 3D open nanostructure property could synergistically enhance the photocatalytic activity for highly efficient solar-to-fuels conversion. Meanwhile, the dynamics processes on charge-carriers generation and migration would be studied in-depth through the transient photoluminescence spectroscopy and photocurrent responses. At last, the photocatalytic mechanism of these photocatalysts would be proposed by combining the results of verification experiments and theoretical simulation. This work provides a useful platform for the design and synthesis of the multicomponent co-sensitized Z-scheme photocatalytic systems that would exhibit excellent performance in the photocatalytic solar fuels production.
模拟自然界光合作用原理设计并构筑全固态Z型光催化材料体系已成为光催化技术在可再生清洁能源领域的研究热点。该类型光催化材料具有光谱响应范围广、光稳定性优异、氧化还原能力(选择性)强等优点,因此在光解水产氢和光还原CO2制有机低碳燃料方面有着极为广阔的应用前景。然而,较差的电子介体传输能力、较少的光生载流子产率以及较低的光量子效率等缺点一直限制着该类型光催化材料的实用化进程。针对上述科学性问题,本项目拟选取厚度可调的纳米碳层作为连续电子介体,并将其与能带匹配的半导体和贵金属材料区域化分级组装,构筑新型三维开放微纳分级结构多组分共敏化Z型光催化材料体系。利用纳米碳层优异的电子传输性能、半导体异质结效应、贵金属SPR(耦合)效应以及材料独特的纳米结构特性协同提高体系的光催化太阳燃料转换性能。同时,借助辅助性实验和理论模拟实验,探索该类光催化材料光生载流子动力学基本规律,最终揭示其光催化反应机理。
结项摘要
模拟自然界光合作用原理设计并构筑全固态Z型光催化材料体系已成为光催化技术在可再生清洁能源领域的研究热点。本项目利用半导体异质结效应、表面等离激元共振行为、纳米碳材料电子传输性能以及材料本身的纳米结构特性协同敏化Z型光催化体系的载流子动力学过程、增加表面活性位点,基于在半导体异质结体系的构建与筛选、表面等离激元共振敏化体系的拓展与优化以及纳米碳材料的制备与组装等方面的研究结果,采用静电纺丝技术、水热/溶剂热技术、湿化学合成等方法,设计构建了三维开放微纳分级结构多组分共敏化Z型光催化体系,总结了体系中各异质组分、微观结构、异质界面、能带结构对其光催化活性的影响,并且与理论模拟相结合,揭示了体系中光子吸收、载流子分离、迁移以及复合等瞬态过程的基本规律。最后,发展了系列新型宽光谱响应光催化材料,获得了较高的光催化产氢和CO2还原性能。上述研究成果为探索光催化技术在未来环境保护及可持续清洁能源领域的实用化提供了新材料体系。在本项目的资助下,共发表SCI检索论文23篇,包括Advanced Materials、Advanced Functional Materials等,SCI他引564次;1篇论文入选ESI前0.1%热点论文;2篇论文入选ESI前1%高被引论文;授权国家发明专利1项;获得省部级科研奖励4项。
项目成果
期刊论文数量(23)
专著数量(0)
科研奖励数量(4)
会议论文数量(0)
专利数量(1)
Electrospun Semiconductor-Based Nano-Heterostructures for Photocatalytic Energy Conversion and Environmental Remediation: Opportunities and Challenges
用于光催化能量转换和环境修复的基于静电纺丝半导体的纳米异质结构:机遇和挑战
- DOI:10.1002/eem2.12338
- 发表时间:2022-04-22
- 期刊:ENERGY & ENVIRONMENTAL MATERIALS
- 影响因子:15
- 作者:Lu, Na;Zhang, Mingyi;Zhang, Zhenyi
- 通讯作者:Zhang, Zhenyi
Engineering 2D multi-hetero-interface in the well-designed nanosheet composite photocatalyst with broad electron-transfer channels for highly-efficient solar-to-fuels conversion
精心设计的纳米片复合光催化剂中的工程二维多异质界面具有广泛的电子转移通道,可实现高效的太阳能到燃料的转换
- DOI:10.1016/j.apcatb.2021.119944
- 发表时间:2021-06
- 期刊:Applied Catalysis B: Environmental
- 影响因子:--
- 作者:Wu Jinlei;Zhang Yu;Lu Po;Fang Guoqiang;Li Xin;Yu William W.;Zhang Zhenyi;Dong Bin
- 通讯作者:Dong Bin
Synthesis and high pressure studies of white luminescence host-guest complex nanocrystals based on C-60 and p-But-calix[8]arene
基于C-60和p-But-杯[8]芳烃的白色发光主客体复合纳米晶的合成及高压研究
- DOI:10.1088/1361-6528/ab62ce
- 发表时间:2020
- 期刊:Nanotechnology
- 影响因子:3.5
- 作者:Liu Dedi;Fan Xianhong;Dong Dapeng;Zhang Zhenyi;Yu Naisen;Yang Zhenxing;Liu Ran;Liu Bingbing
- 通讯作者:Liu Bingbing
Facile Synthesis of Lacunary Keggin-Type Phosphotungstates-Decorated g-C(3)N(4) Nanosheets for Enhancing Photocatalytic H(2) Generation.
轻松合成缺位 Keggin 型磷钨酸盐修饰的 g-C3N4 纳米片以增强光催化 H-2 生成
- DOI:10.3390/polym12091961
- 发表时间:2020-08-29
- 期刊:Polymers
- 影响因子:5
- 作者:Lu N;Sun M;Wei X;Zhang P;Zhang Z
- 通讯作者:Zhang Z
RGO-functionalized polymer nanofibrous membrane with exceptional surface activity and ultra-low airflow resistance for PM2.5 filtration
RGO功能化聚合物纳米纤维膜具有卓越的表面活性和超低气流阻力,适用于PM2.5过滤
- DOI:10.1039/c8en00468d
- 发表时间:2018-08
- 期刊:Environmental Science-Nano
- 影响因子:7.3
- 作者:Zhang Peng;Wan Dongyang;Zhang Zhenyi;Wang Guodong;Hu Junhua;Shao Guosheng
- 通讯作者:Shao Guosheng
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- 发表时间:2017-08
- 期刊:Materials Letters
- 影响因子:3
- 作者:杨继凯;王国政;王丹;刘春阳;张振翼
- 通讯作者:张振翼
其他文献
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