梯形太阳燃料光催化剂的设计制备与原位机理研究
批准号:
51932007
项目类别:
重点项目
资助金额:
300.0 万元
负责人:
余家国
依托单位:
学科分类:
无机非金属能量转换与存储材料
结题年份:
2024
批准年份:
2019
项目状态:
已结题
项目参与者:
余家国
中文摘要
光催化分解水制氢和CO2还原制备太阳燃料对于解决日益严重的能源和环境问题非常重要。异质结光催化剂的设计制备是该领域的研究热点,传统II型异质结虽然实现了光生空穴和电子的空间分离,但他们的氧化还原能力被降低。项目拟设计和制备基于氧化型与还原型光催化剂复合的梯形异质结光催化剂,并将其用于光催化产氢和CO2还原,该异质结可以克服传统II型异质结的缺陷,使系统具有最大的氧化还原能力。研究梯形异质结光催化剂组成、制备方法、表面和界面结构与性能的关系,通过光电子能谱、原子力显微镜和时间分辨荧光等原位技术研究光生载流子的界面转移机理。建立梯形异质结光催化剂的设计理论和制备方法,制备出高效稳定的梯形异质结太阳燃料光催化剂,阐明梯形异质结材料的组成、制备方法、形貌、微结构等对光催化性能的影响规律,揭示梯形异质结光催化剂的构-效关系和电荷转移机理。本研究将为新型太阳燃料光催化剂的设计与制备提供新的视野。
英文摘要
Photocatalytic H2 generation by water splitting and solar fuel production by CO2 reduction are very important for solving increasingly serious environmental pollution and energy crisis problems. Design and preparation of heterojunction photocatalyst are a research hotspot in photocatalysis. Traditional II heterojunction results in the separation of photogenerated electron and hole in space, but the reduction and oxidation ability of generated electron and hole are greatly reduced. The objective of this project is the design and fabrication of step-scheme (S-scheme) heterajunction photocatalyst, consisting of an oxidation photocatalyst and a reduction photocatalyst, which is utilized for photocatalytic H2 generation and CO2 reduction. This heterojunction photocatalyst can overcome the shortcoming of traditional II heterojunction photocatalyst and has greater oxidation and reduction ability. The main research work includes microstructure control of morphology, phase, surface and interface, transfer and separation of photogenerated electron and hole, and the mechanism of photocatalytic reactions. The photocatalytic H2-production and CO2-reduction performance will be obviously enhanced by constructing S-scheme heterojunction between oxidation and reduction photocatalysts. The influence of chemical composition, morphology, phase, particle size, preparation method, surface structure, chemical status and other aspects on photocatalytic activity of S-scheme heterojunction photocatalyst will be carefully discussed and investigated. The intrinsic composition-structure-performance relationship and synergistic effect between oxidation and reduction photocatalysts will be established. New design idea and preparation method for S-scheme photocatalyst will be proposed and developed. This project will provide some new insight into the design and fabrication of heterojunction photocatalysts.
太阳能光催化材料和技术在解决当前日益严重的能源和环境问题方面有着非常广阔的潜在应用前景。异质结光催化剂的设计制备是光催化领域的研究热点和前沿,传统II型异质结虽然实现了光生载流子的空间分离,但他们的氧化还原能力降低,不利于光催化反应的进行。项目构建了基于氧化型与还原型光催化剂复合的梯形异质结光催化剂,并将其用于光催化产氢、CO2还原和过氧化氢制备,该异质结可以克服传统II型异质结的缺陷,使系统具有最大的氧化还原能力和载流子分离。项目期间详细研究了梯形异质结光催化剂组成、制备方法、表面和界面结构与性能的关系,通过飞秒瞬态吸收光谱、原位光照XPS等原位表征技术研究了光生载流子的表界面转移机理。建立了梯形异质结光催化剂的设计理论和制备方法,制备出多种高效稳定的梯形异质结太阳燃料光催化剂,阐明了梯形异质结材料的组成、制备方法、形貌、微结构等对光催化性能的影响规律,揭示了梯形异质结光催化剂的构-效关系和电荷转移机理,本研究将为新型太阳燃料光催化剂的设计与制备提供新的视野。项目期间取得了若干创新性研究成果,研究结果发表在多种国际刊物上,如:Nature Review Chemistry、Nature Commun.、Chem. Rev.、Adv. Mater.、Angew. Chem. Int. Ed.等,论文被SCI 收录138篇,发表论文中有ESI高被引论文57篇,热点论文6篇,论文被SCI他人引文20964余次。项目执行期间毕业了10位博士研究生和22位硕士研究生, 出站博士后5人。项目组有5人(余家国、程蓓、曹少文、朱必成和张留洋)入选全球高被引研究人员名单。出版英文专著4部和中文专著2本。获得授权国家发明专利4项。主办国际会议4次,在国际国内会议做大会和邀请报告54次。项目负责人余家国2020年入选欧洲科学院(Academia Europaea)外籍院士;2020年获得第二届全国创新争先奖,全国创新争先奖每3年评选表彰一次,每次不超过300人。2022年获得第35届花拉子米国际奖(35th Khwarizmi International Award)。2024年获得湖北省自然科学一等奖。..
基于p型半导体的光催化二氧化碳还原
-
批准号:51961135303
-
项目类别:国际(地区)合作与交流项目
-
资助金额:140万元
-
批准年份:2019
-
负责人:余家国
-
依托单位:
梯形太阳燃料光催化剂的设计制备与原位机理研究
-
批准号:--
-
项目类别:--
-
资助金额:300万元
-
批准年份:2019
-
负责人:余家国
-
依托单位:
石墨烯基复合光催化产氢材料体系构建与机理研究
-
批准号:21433007
-
项目类别:重点项目
-
资助金额:370.0万元
-
批准年份:2014
-
负责人:余家国
-
依托单位:
石墨烯/硫化物复合光催化剂的制备及可见光产氢性能
-
批准号:51272199
-
项目类别:面上项目
-
资助金额:80.0万元
-
批准年份:2012
-
负责人:余家国
-
依托单位:
纳米光催化材料在环境应用中的光腐蚀及阻止
-
批准号:20877061
-
项目类别:面上项目
-
资助金额:33.0万元
-
批准年份:2008
-
负责人:余家国
-
依托单位:
空心半导体氧化物微球的化学诱导自转变制备与光催化性能
-
批准号:20773097
-
项目类别:面上项目
-
资助金额:29.0万元
-
批准年份:2007
-
负责人:余家国
-
依托单位:
一维氧化钛和钛酸盐纳米材料的制备和光催化性能
-
批准号:20473059
-
项目类别:面上项目
-
资助金额:24.0万元
-
批准年份:2004
-
负责人:余家国
-
依托单位:
单分散介孔氧化物微球的超声聚合诱导剪裁制备与表征
-
批准号:50272049
-
项目类别:面上项目
-
资助金额:21.0万元
-
批准年份:2002
-
负责人:余家国
-
依托单位:
国内基金
海外基金