纳米氧化物光催化剂表面DCA结构单元的设计构建及其可见光催化还原CO2作用机制研究
批准号:
21773031
项目类别:
面上项目
资助金额:
65.0 万元
负责人:
龙金林
依托单位:
学科分类:
B0202.催化化学
结题年份:
2021
批准年份:
2017
项目状态:
已结题
项目参与者:
林华香、汪颖、林津津、张洪文、林倩影、陈臻烨、孟令书、刘阳、马治云
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中文摘要
项目针对CO2人工光催化转化的基础科学问题,基于以往在光催化剂表面活性位分子工程方面研究基础和前期研究发现,提出采用表面金属有机化学原理和方法在氧化物半导体表面构建局域光激发R-M-O-M'分子链DCA结构复合物高效转化CO2成甲烷等富氢碳燃料新思路。研究活性单元结构、性能、组成三者间的相互本质联系;研究表面DCA结构复合物光吸收和光激发动力学及其与产物分布、产物选择性之间的关系;研究CO2和H2O基质分子在活性单元上吸附、活化及中间物种的产生和演变过程,阐明基质分子在DCA结构单元上光催化转化的分子途径,建立局域光催化作用模型;探索通过DCA复合物组成、配体构象和结构的调变、金属等离子体位点增强等途径提高活性、活性稳定性和选择性的方法,研制出一至两种高效稳定的CO2转化光催化剂。该研究对丰富人工光合作用的基础理论认识以及指导新型高效CO2转化光催化剂的设计制备都具有重要的科学和实际意义。
英文摘要
The project aims at the general scientific issues of artificial photocatalytic conversion of CO2, and proposes a new ideal of efficient photocatalytic conversion of CO2 into solar hydrocarbon fuels including methane by use of a R-M-O-M′ molecular linkage with the donator-catalyst-acceptor triad structure, which is constructed on surface of oxide semiconductors by surface organometallic chemistry method, based on the previous research concerning surface molecular engineering of photoactive sites of photocatalysts and the preliminary finding. The inherent relationship among structure, performance, and composition of the DCA active complexes will be studied and established. The photoabsorption and photoexcitation dynamics of the DCA active complexes and the relationship between the photodynamic and the product distribution and selectivity will be studied in detail. The adsorption and activation of CO2 and H2O on the active nanocluster units and the generation and evolution processes of intermediate products will be systematically investigated. The molecular route of photocatalytic conversion of CO2 and H2O on the DCA units will be clarified. A physical model of the local excitated photocatalysis of heteroatomic nanoclusters will be established. Some route to improve activity,stabliity and selectivity, such as the modulation of composition, conformation, and structure of organic ligands coordinated to noble metal, the plasma field, will be explored, in order to successfully develop one and more type of highly efficient and stable photocatalysts of CO2 conversion. These researches are of great significance and importance for richening the fundamental knowledge of artificial photosynthesis and guiding the design and preparation of novel and efficient CO2 conversion photocatalysts.
项目重点围绕传统DCA单元结构,构建了多元可调控线性聚合物及纳米组装诱导DCA构型,详细研究了系列新型DCA人工模拟光合作用和太阳能–燃料转化系统,对多个系列催化剂的控制制备、结构表征构—效关系和作用本质等方面开展了详细的实验论证。阐述了量子隧穿在新型DCA异质结中的实际应用,详细探讨了空穴隧穿动力学和分子作用机制,并对将DCA结构单元应用于太阳能存储和人工光合作用进行了可行性评估。研究取得了如下的主要进展:(1)构建了系列人工光合作用系统并对太阳能–燃料转化策略进行了评估。详细研究了空穴隧穿动力学,阐明了基于量子隧穿的新型DCA构型的本质。研究成果先后发表在《Angew. Chem. Int. Ed.》、《Appl. Catal. B: Environ.》、《J. Power Sources》和《Catal. Sci. Technol.》等期刊。(2)设计制备了多元可调控线性有机聚合物及超分子纳米组装诱导DCA结构单元光催化剂,详细研究了构–效关系,阐明了DA基团对HER性能的影响。此外,设计并提出了“分子组装-电场介导-电荷隧穿”的有机半导体人工光合系统的制备策略,并对反应过程的激发态动力学和反应本质进行了探讨,为构建高效稳定的人工光合系统提供重要的科学理论依据。研究成果先后发表在《Angew. Chem. Int. Ed.》、《Catal. Sci. Technol.》和《ChemSusChem》等期刊。(3)设计并制备了系列等离子体金属/半导体异质结构光催化剂,深入探究了Au等金属通过等离子体共振效应增强CO2还原活性的本质。此外,发现场-场耦合极大地增强了被吸附物在活性位点的极化,使C原子带负电,并使O=C=O键弯曲,从而活化CO2生成CO和CH4。研究成果先后发表在《ChemCatChem.》和《Appl. Catal. B: Environ.》等期刊。(4)基于局域光激发作用模型以及电场耦合的物理原理,设计了由金纳米粒子组成的等离子体光催化剂。详细探究了sp3杂化C–H键脱氢偶联及湿重整制甲醇的本质。实现了甲烷的高效率脱氢偶联生成乙烷和氢气,通过理论计算对分子反应路径进行了阐明。研究成果先后发表在《Energy Environ. Sci.》和《ACS Energy Lett.》等期刊。
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
Gold plasmon-induced photocatalytic dehydrogenative coupling of methane to ethane on polar oxide surfaces
金等离子体诱导的极性氧化物表面上甲烷与乙烷的光催化脱氢偶联
DOI:10.1039/c7ee02951a
发表时间:2018-02-01
期刊:ENERGY & ENVIRONMENTAL SCIENCE
影响因子:32.5
作者:Meng, Lingshu;Chen, Zhenye;Long, Jinlin
通讯作者:Long, Jinlin
Amorphous Ta2OxNy-enwrapped TiO2 rutile nanorods for enhanced solar photoelectrochemical water splitting
非晶 Ta2OxNy 包裹的 TiO2 金红石纳米棒用于增强太阳能光电化学水分解
DOI:10.1016/j.apcatb.2018.10.024
发表时间:2019-04
期刊:Applied Catalysis B: Environmental
影响因子:--
作者:Zhang Hongwen;Ma Lei;Ming Jintao;Liu Bingqian;Zhao Yibo;Hou Yidong;Ding Zhengxin;Xu Chao;Zhang Zizhong;Long Jinlin
通讯作者:Long Jinlin
CuI-BiOI/Cu film for enhanced photo-induced charge separation and visible light antibacterial activity
CuI-BiOI/Cu 薄膜可增强光致电荷分离和可见光抗菌活性
DOI:10.1016/j.apcatb.2018.05.001
发表时间:2018
期刊:Applied Catalysis B: Environmental
影响因子:--
作者:Zhang Yiqiu;Lin Chen;Lin Qun;Jin Yubo;Wang Yonghao;Zhang Zizhong;Lin Huaxiang;Long Jinlin;Wang Xuxu
通讯作者:Wang Xuxu
DOI:10.1002/cssc.202101625
发表时间:2021
期刊:ChemSusChem
影响因子:8.4
作者:Shuhong Wu;Yi Pan;Huan Lin;Liuyi Li;Xianzhi Fu;Jinlin Long
通讯作者:Jinlin Long
Electric-Field-Mediated Electron Tunneling of Supramolecular Naphthalimide Nanostructures for Biomimetic H2 Production
用于仿生 H-2 生产的超分子萘酰亚胺纳米结构的电场介导电子隧道
DOI:10.1002/anie.202009267
发表时间:2020-11-13
期刊:ANGEWANDTE CHEMIE-INTERNATIONAL EDITION
影响因子:16.6
作者:Lin, Huan;Ma, Zhiyun;Long, Jinlin
通讯作者:Long, Jinlin
光生电荷可隧穿的“单点单核金属/绝缘体/半导体”SMIS结型复合光催化剂及其作用机制研究
- 批准号:--
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:63万元
- 批准年份:2020
- 负责人:龙金林
- 依托单位:
卤素钙钛矿光催化有机合成精细化学品研究
- 批准号:--
- 项目类别:--
- 资助金额:10万元
- 批准年份:2020
- 负责人:龙金林
- 依托单位:
纳米氧化物半导体复合光催化剂界面异质结和异相结的分子作用机制探索
- 批准号:21373051
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:82.0万元
- 批准年份:2013
- 负责人:龙金林
- 依托单位:
(C3N3S3)x基有机聚合物半导体可见光水分解制氢催化剂及作用机制探索
- 批准号:21003021
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:20.0万元
- 批准年份:2010
- 负责人:龙金林
- 依托单位:
国内基金
海外基金















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