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石墨相氮化碳结构与界面的调制及提高光解水制氢活性和稳定性研究

批准号:
21303080
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
25.0 万元
负责人:
刘景海
依托单位:
学科分类:
催化化学
结题年份:
2016
批准年份:
2013
项目状态:
已结题
项目参与者:
张力、白青龙、金鑫、冯艳春、包沙日勒敖都、董升

项目摘要

结项摘要

项目成果

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中文摘要
石墨相氮化碳(g-C3N4)具有环境友好、组成元素含量丰富和化学稳定等特点,成为可见光活性光催化材料研究的重点。但结晶度不高和电子传递能力差导致其光解水制氢活性低,表面催化水氧化产生吸附态过氧化氢导致其失活。针对以上两个科学问题,本项目拟采用提高结晶性和比表面积及界面负载析氢和析氧双催化活性位点的策略来促进光生电子和空穴分离,增加界面水氧化4e途径和氧气析出速率及提高光解水制氢的活性和稳定性。研究热解过程中提高g-C3N4聚合程度和结晶度的关键制备因素及高比表面积多孔纳米结构的制备方法;研究结晶性和比表面积对电子传递、光吸收、光致发光和光电流的影响;研究界面析氢和析氧双活性催化位点对光电流、过电势、水氧化产物及光解水产氢活性和稳定性的影响。从而获得高结晶度、大比表面积和界面析氢和析氧活性位点双负载的g-C3N4多孔纳米结构光解水制氢体系。
英文摘要
Graphitic carbon nitride (g-C3N4), as visible light active photocatalyst, has attracted intensive research interests, because of the excellent characteristics for photocatalysis, such as environmental friendly, abundant and rich building elements and chemical stability. However, the low degree of crystallinity and poor electron transfer of g-C3N4 result in poor activity for photocatalytic water-splitting to hydrogen. And, the H2O2 generated from water oxidation that adsorbed on the surface of g-C3N4 induces deactivation. Towards these challenges, we attempt to employ the strategies of adjusting the crystallinity and specific surface area of g-C3N4 and depositing hydrogen evolution catalysts (HEC) and oxygen evolution catalysts (OEC) as dual active sites to enhance the separation of photogenerated electrons and holes, to gain the catalytic activity for water oxidation to oxygen through 4e process and to increase the photocatalytic activity and stability for water-splitting to hydrogen. In this proposal,we will investigate the key pyrolysis reaction conditions to obtain condensed g-C3N4 with high degree of cystallinity, and the preparation methods to acquire porous nanostructured g-C3N4. And, we should elucidate the effects of cystallinity and specific surface area on the properties of electron transfer, light absorption, photoluminescence and photocurrent. Finally, we need to study the methods to deposit the HEC and OEC on porous nanostructured g-C3N4 and the influences of the dual active sites on photocurrent, overpotential, water oxidation to oxygen and photocatalytic activity and stability. Through these investigations, we aim to obtain an efficient and stable photocatalytic water-splitting system by constructing the HEC and OEC co-loaded porous g-C3N4 nanostructres with high cystallinity and surface area.
本项目聚焦氮化碳本征结构和界面电子与缺陷调控对氮化碳光物理、光催化和光解水分解过程影响的关键科学问题,研究(1) 氮化碳微结构与形貌的调控,包含C/N配比对光电响应、导电性与二维超薄结构的影响,二维褶皱与空洞形貌对光催化分解水活性影响,孔结构与比表面积对光催化分解水活性;(2) 氮化碳界面电子与缺陷的调控,包含表面缺陷结构的制备,界面杂多酸簇组装对光催化活性的影响;(3) 微结构、形貌、缺陷和聚集态(相)对光物理和光催化的影响,包含光吸收与荧光、激发态寿命与动力学、界面电子传递、带隙与导带/价带氧化还原电势、光电流与IPCE,光生电子和空穴对表面吸附物的氧化还原。获得了(1)前驱体中引入小分子葡萄糖实现调控碳氮元素组成和层数及类石墨烯氮化碳(Graphene-like carbon nitride)新材料;(2)氮化碳缺陷表面组装杂多酸簇活性位点构筑高活性超分子杂化光催化材料;(3)氮化碳褶皱形貌调控及对光解水制氢活性的影响;(4)氮化碳空洞形貌及对光解水制氢循环稳定性的影响;(5)氮化碳中混合相结构对光解水制氢活性的影响。通过本项目研究对发展氮化碳新材料,氮化碳结构基元、电子结构和聚集态认知,氮化碳新型催化应用等具有重要的学术价值。
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
DOI: 10.1016/j.jpowsour.2016.10.018
发表时间: 2016-12
期刊: Journal of Power Sources
影响因子: 9.2
作者: [Yijie Zhang;L. Ji;Wanfei Li;Zhao Zhang;Luhua Lu;Lisha Zhou;Jinghai Liu;Ying Chen;Liwei Liu-Liwei]
通讯作者: Yijie Zhang;L. Ji;Wanfei Li;Zhao Zhang;Luhua Lu;Lisha Zhou;Jinghai Liu;Ying Chen;Liwei Liu-Liwei
Electrospun TiO2 nanofibers integrating space-separated magnetic nanoparticles and heterostructures for recoverable and efficient photocatalyst
静电纺丝 TiO2 纳米纤维集成了空间分离的磁性纳米粒子和异质结构,用于可回收且高效的光催化剂
DOI: 10.1039/c4ta02224f
发表时间: 2014-01-01
期刊: JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY A
影响因子: 11.9
作者: [Baiyila, Dahu, Wang, Xiaohui, Liu, Jinghai]
通讯作者: Liu, Jinghai
DOI: 10.1021/acsami.6b09984
发表时间: 2016-10-19
期刊: ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES
影响因子: 9.5
作者: [Geng, Zhibin, Wang, Yanxiang, Feng, Shouhua]
通讯作者: Feng, Shouhua
DOI: 10.1016/j.electacta.2016.10.020
发表时间: 2016-11
期刊: Electrochimica Acta
影响因子: 6.6
作者: [Luhua Lu;Wanfei Li;Lisha Zhou;Yijie Zhang;Zhao Zhang;Ying Chen;Jinghai Liu;Liwei Liu;Wei C]
通讯作者: Luhua Lu;Wanfei Li;Lisha Zhou;Yijie Zhang;Zhao Zhang;Ying Chen;Jinghai Liu;Liwei Liu;Wei C
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    空间限域硒化物异质结构的化学构筑及外场增强锂硫电池研究
    • 批准号:
      22361035
    • 项目类别:
      地区科学基金项目
    • 资助金额:
      32万元
    • 批准年份:
      2023
    • 负责人:
      刘景海
    • 依托单位:
    科学传播类:奈曼碳中和科普教育与实践
    • 批准号:
      22242003
    • 项目类别:
      专项基金项目
    • 资助金额:
      10万元
    • 批准年份:
      2022
    • 负责人:
      刘景海
    • 依托单位:
    氮化碳局域电场缺陷微结构的调控及其光热催化机制研究
    • 批准号:
      21961024
    • 项目类别:
      地区科学基金项目
    • 资助金额:
      40.0万元
    • 批准年份:
      2019
    • 负责人:
      刘景海
    • 依托单位:
    国内基金
    海外基金