课题基金基金详情
利用压电特性提高钙钛矿CH3NH3PbI3光催化还原二氧化碳效率的研究
结题报告
批准号:
21905317
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
25.0 万元
负责人:
王梦晔
依托单位:
学科分类:
B0908.能源材料化学
结题年份:
2022
批准年份:
2019
项目状态:
已结题
项目参与者:
--
国基评审专家1V1指导 中标率高出同行96.8%
结合最新热点,提供专业选题建议
深度指导申报书撰写,确保创新可行
指导项目中标800+,快速提高中标率
客服二维码
微信扫码咨询
中文摘要
半导体光催化还原CO2是当前研究热点之一,利用该技术生成甲醇、低碳烯烃(如乙烯、丙烯等)等重要基本化工原料,有望缓解温室效应并减少对进口化石资源的依赖。本项目拟针对低光催化效率、低选择性这两大问题,首次利用具有压电特性的有机无机杂化钙钛矿CH3NH3PbI3(MAPbI3)进行压电光催化CO2还原,研究MAPbI3极化产生的内建电场对压电光催化过程中的光生载流子复合和反应中间产物在催化剂表面吸脱附的影响,达到提高光催化效率和增加产物选择性的目的。建立超声功率、频率与催化效率、产物选择性之间的科学关系。利用固体核磁等表征手段探索MAPbI3压电光催化还原CO2的反应机制。该压电光催化技术普遍适用于具有压电特性半导体的光催化过程。模拟工业CO2排放环境,利用太阳能、风能等清洁能源还原CO2,为实际工业中催化还原CO2提供实验和理论依据。
英文摘要
Investigation into the CO2 reduction via capitalizing on semiconductors as photocatalysts has garnered much attention over the past decades. The use of semiconductor photocatalysts not only renders the alleviation of the greenhouse effect but also produces important basic chemicals, such as methanol and light olefins (e.g., ethylene, propylene, etc.), thereby mitigating the dependence of our country on imported fossil resources. In this context, a novel and robust strategy is, for the first time, proposed to enhance the photocatalytic efficiency and the product selectivity by utilizing the piezoelectric effect of organic-inorganic hybrid perovskite CH3NH3PbI3 (MAPbI3). It is notable that an internal polarized electric field built inside the piezoelectric semiconductor MAPbI3 will be exploited to mediate the recombination of photo-induced charge carriers and the adsorption/desorption of reaction intermediates on or from catalysts. The fundamental relationships between ultrasonic power/frequency and catalytic efficiency/product selectivity will be established. Solid state nuclear magnetic resonance (NMR) will be utilized to explore the mechanism of the piezoelectro-catalytic reduction of CO2. Such piezoelectro-catatlyic technique can be widely applied to the piezoelectro-photocatalysis of the piezoelectric semiconductors. In addition, solar light and wind will be employed as the irradiation sources to reduce CO2 in the simulated industrial CO2 emission environment. The proposed project is expected to lay both experimental and theoretical foundations on the large-scale implementation of piezoelectro-photocatalysis.
半导体压电催化因为可以利用自然界中潮汐等绿色能源,成为当前研究热点之一,但却缺少对压电催化微观机理的研究,从而限制了高效催化剂有的放矢的制备。因此,本项目从以下三个方面展开。在研究催化反应机理的技术手段方面:拟综合实时固体核磁、实时傅里叶红外光谱、实时拉曼、高分辨透射电镜等先进测试技术,分析材料制备及催化中演变的信息,形成的综合分析方法可加深对催化的认知。在研究有机无机杂化钙钛矿CH3NH3PbI3(MAPbI3)压电催化机理方面:发展了一种光辅助溶液法在MAPbI3表面原位生长一层连续致密、由C、N、O组成的钝化膜。含有表面钝化膜的甲基胺碘化铅稳定性明显得提高,即使在空气中放置28天,依然不会变质。与原始无钝化膜的甲基胺碘化铅相比,其催化产氢性能提升了2.24倍,这主要是因为表面原位钝化膜的生成提高了甲基胺碘化铅的晶体质量及稳定性,从而增加了载流子迁移率和使用寿命。将上述先进谱学技术用于研究MAPbI3催化机理,采用固体核磁共振、傅里叶红外光谱等测试技术,观测了在MAPbI3在光和水溶液处理下的化学结构变化,发现氢键对于有机无机杂化钙钛矿晶体体相及表面缺陷的减少并形成保护膜起到至关重要的作用。在拓展钙钛矿压电催化制备方面:将催化机制拓展至无机钙钛矿晶体材料,通过掺杂调控其载流子浓度,显著提高其压电催化效率。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Co-catalyst-free large ZnO single crystal for high-efficiency piezocatalytic hydrogen evolution from pure water
无助催化剂的大尺寸 ZnO 单晶用于高效压电催化纯水析氢
DOI:10.1016/j.jechem.2021.06.004
发表时间:2021
期刊:Journal of Energy Chemistry
影响因子:13.1
作者:Biao Wang;Qian Zhang;Jiaqing He;Feng Huang;Caifu Li;Mengye Wang
通讯作者:Mengye Wang
C-Doped KNbO3 single crystals for enhanced piezocatalytic intermediate water splitting
用于增强压电催化中间水分解的 C 掺杂 KNbO3 单晶
DOI:10.1039/d2en00244b
发表时间:2022
期刊:Environmental Science: Nano
影响因子:--
作者:Jiaqing He;Feng Gao;Haowei Wang;Fangyan Liu;Jiahui Lin;Biao Wang;Chuan Liu;Feng Huang;Zhang Lin;Mengye Wang
通讯作者:Mengye Wang
DOI:10.1007/s12274-022-4506-0
发表时间:2022
期刊:Nano research
影响因子:9.9
作者:
通讯作者:
Vacancy Engineering in Nanostructured Semiconductors for Enhancing Photocatalysis
纳米结构半导体中的空位工程增强光催化作用
DOI:10.1039/d1ta03895h
发表时间:2021
期刊:Journal of Materials Chemistry A
影响因子:11.9
作者:Biao Wang;Jiawen Liu;Shan Yao;Fangyan Liu;Jiaqing He;Yuekun Liu;Zhang Lin;Feng Huang;Chuan Liu;Mengye Wang
通讯作者:Mengye Wang
DOI:10.1021/acs.nanolett.0c04299
发表时间:2021-02
期刊:Nano letters
影响因子:10.8
作者:Fangyan Liu;Mengye Wang;Xiaolong Liu;Biao Wang;Caifu Li;Chenning Liu;Zhang Lin;Feng Huang
通讯作者:Fangyan Liu;Mengye Wang;Xiaolong Liu;Biao Wang;Caifu Li;Chenning Liu;Zhang Lin;Feng Huang
铅锌冶炼废渣到卤化铅钙钛矿压电催化 材料的高值化利用
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    10.0万元
  • 批准年份:
    2025
  • 负责人:
    王梦晔
  • 依托单位:
金属氧化物光催化剂中非故意掺杂氢及其光催化机制的研究
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    30.0万元
  • 批准年份:
    2024
  • 负责人:
    王梦晔
  • 依托单位:
国内基金
海外基金