ZnTe基多元纳米复合结构的电子转移机理及在CO2光化学还原中的应用
批准号:
21471160
项目类别:
面上项目
资助金额:
80.0 万元
负责人:
张军
依托单位:
学科分类:
表面化学
结题年份:
2018
批准年份:
2014
项目状态:
已结题
项目参与者:
安长华、王兆杰、王淑涛、刘俊学、姜雯、魏桂涓、冯娟、朱丛丛、赵西夏
中文摘要
太阳能转化二氧化碳是解决化石燃料排放和新能源制造的有效绿色途径之一,其关键是提高光催化剂的效能。本课题拟合成基于ZnTe的多组份、Z型复合结构的CO2 光还原催化剂。ZnTe光激发电子的超快转移动力学和还原能力将通过对CO2单电子的激活,有效降低CO2在光还原过程中的动力学阻碍,从而提高整个还原反应的效率。以此材料构筑的核壳纳米结构不仅有利于光生电子-空穴对的分离,也有助于提高ZnTe纳米结构的稳定性。采用超快激光光谱、ESR、XPS和AES 等多种手段研究材料的光激发电子-空穴对的分离、转移等动力学特征,并跟踪监测CO2光还原反应过程, 以期对反应机理进行较为深入的理解, 研究建立材料尺寸-表面结构-电子能级-催化活性等理论关系;揭示光催化剂性能与结构之间的内在联系,阐明光催化转化CO2反应机理;为构建活性高、稳定性好的可见光响应复合纳米光催化系统提供理论和实验依据。
英文摘要
The hybrid nanostructures to be developed are core/shell nanoparticles that have a semiconductor core and a metal oxide shell, linked to a metallic nanoparticle catalyst. Examples include ZnTe/TiO2 core/shell linked to Cu catalyst. The semiconductor core/shell nanostructure serves for initial photo-induced charge separation, while the metallic component provides catalytic sites for subsequent chemical conversion. By taking the advantage of high reducing ability of photo-generated electrons as a result of the very negative conduction bands of ZnTe, one may modify the mechanism and products of the reaction, leading to the formation of higher hydrocarbons (e.g., ethylene & propylene) in high yields. Coating the nanoparticle surface with a metal oxide (e.g., TiO2) shell will not only protect the nanoparticles from dissolution during the photoreaction, but also facilitate charge separation by forming a barrier for controlling back electron transfer. The proposed work will begin with controllable synthesis of hybrid nanostructures using wet-chemical methods. Their structures, morphology and compositions will be characterized using XRD, neutron diffraction, SEM, and TEM. Then, transient visible-pump/visible probe and EPR spectroscopes will be used to measure the charge separation and transfer properties. Photo-reduction of CO2 will be performed in a photo-electrochemical cell and be monitored by analyzing the residual gas samples with a gas chromatograph.
设计并合成尺寸、形貌、结构及晶体取向等可控的多元复合纳米材料,研究材料的尺寸、结构及表面化学与催化性能之间的关系对于构建高活性和高稳定性的光催化材料有重要的意义。在本项目资助下,我们开展了ZnTe 基多元纳米复合材料的制备、电子转移机理及催化性能的研究。发现了幻数碲化锌纳米团簇的衍变、自组装及在碲化锌纳米材料合成中的形貌控制作用,成功实现了碲化锌/硫化镉核壳结构纳米棒的精细控制制备,研究了碲化锌纳米材料的结构稳定性与尺寸之间的依赖关系;运用超快激光光谱等手段研究了半导体纳米结构中的光激发电子、空穴的分离、转移等过程的动力学规律,为构建高效的光电转及光催化材料提供了新的思路。研究了包括ZnTe纳米棒及其他过渡金属硫族化合物纳米复合材料的光(电)产氢机理及其对二氧化碳还原反应的影响,为构建活性高、稳定性好的可见光响应复合纳米材料提供了理论和实验依据。
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Architecting a Mesoporous N-Doped Graphitic Carbon Framework Encapsulating CoTe2 as an Efficient Oxygen Evolution Electrocatalyst
构建封装 CoTe2 的介孔 N 掺杂石墨碳框架作为高效析氧电催化剂
DOI:
10.1021/acsami.7b09897
发表时间:
2017
期刊:
ACS Applied Materials & Interfaces
影响因子:
9.5
作者:
[Liu Ming, Lu Xiaoqing, Guo Chen, Wang Zhaojie, Li Yanpeng, Lin Yan, Zhang Jun]
通讯作者:
Zhang Jun
Synthesis of heterostructured Pd@TiO2/TiOF2 nanohybrids with enhanced photocatalytic performance
具有增强光催化性能的异质结构Pd@TiO2/TiOF2纳米杂化物的合成
DOI:
10.1016/j.materresbull.2016.04.018
发表时间:
2016
期刊:
Materials Research Bulletin
影响因子:
5.4
作者:
[Xixia Zhao, Guijuan Wei, Junxue Liu, Zhaojie Wang, Changhua An, Jun Zhang]
通讯作者:
Jun Zhang
Evolution of Self-Assembled ZnTe Magic-Sized Nanoclusters
自组装 ZnTe 魔幻尺寸纳米团簇的演化
DOI:
10.1021/ja509782n
发表时间:
2015
期刊:
J. Am. Chem. Soc.
影响因子:
--
作者:
[Jun Zhang, Clare Rowl, Yuzi Liu, Hui Xiong, Soongu Kwon, Elena Sheychenko, Richard D Schaller, Vitali B. Prakapenka, Sergey Tkachev, Tijana Rajh]
通讯作者:
Tijana Rajh
Hierarchical self-supported C@TiO2-MoS2 core-shell nanofiber mats as flexible anode for advanced lithium ion batteries
分层自支撑C@TiO2-MoS2核壳纳米纤维垫作为先进锂离子电池的柔性阳极
DOI:
10.1016/j.apsusc.2017.06.129
发表时间:
2017-11-30
期刊:
APPLIED SURFACE SCIENCE
影响因子:
6.7
作者:
[Wang, Zhaojie, Liu, Ming, Zhang, Jun]
通讯作者:
Zhang, Jun
1T@2H-MoSe2 nanosheets directly arrayed on Ti plate: An efficient electrocatalytic electrode for hydrogen evolution reaction
直接排列在钛板上的1T@2H-MoSe2纳米片:一种用于析氢反应的高效电催化电极
DOI:
10.1007/s12274-018-2040-x
发表时间:
2018-03
期刊:
Nano Research
影响因子:
9.9
作者:
[Zhang Jingtong, Chen Yalan, Liu Ming, Du Kun, Zhou Yan, Li Yanpeng, Wang Zhaojie, Zhang Jun]
通讯作者:
Zhang Jun
共 23 条
基于分子模拟的稠油微观结构及致黏机理研究
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批准号:--
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项目类别:面上项目
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资助金额:54万元
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批准年份:2022
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负责人:张军
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依托单位:
基于分子动力学模拟的深部储层原油赋存特征研究
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批准号:51874332
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项目类别:面上项目
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资助金额:60.0万元
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批准年份:2018
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负责人:张军
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依托单位:
国内基金
海外基金