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基于光催化水裂解制氢新型金属-TiO2结构设计、强相互作用和界面活性位探究

批准号:
22066017
项目类别:
地区科学基金项目
资助金额:
40.0 万元
负责人:
谢宇
依托单位:
学科分类:
环境毒理与健康
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
谢宇

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
目前金属-TiO2光催化制氢依然缺乏新颖结构与独特功能催化材料,且与金属-载体强相互作用、界面活性位的关系尚不清楚。为此本项目拟构建新型核壳空心球结构Au(CoOx)/TiO2/Pt,系统考察金属尺寸、分散位置、状态和TiO2表面化学对金属-载体强相互作用的影响,以实现能级与界面匹配且可见光响应的高效制氢材料;结合先进的电子显微(STEM)、原位能谱(XPS、EPR)和原位红外探针分子吸附表征手段探究金属-载体之间相互作用方式(嵌入式、电子式、键合式),以期揭示相互作用-界面-性能之间构效关系;以气固相水分子裂解为模型反应,结合原位FTIR、EPR和瞬态光谱等技术重点探究金属界面活性位、水分子在表面吸附、活化和转化过程,分析光生电子在界面上的扩散、迁移路径,阐明金属-TiO2界面活性位在水裂解过程中起到的作用。项目实施将对开发新功能材料有良好的指导作用,为光催化制氢的工业应用打下理论基础。
英文摘要
At present metal-TiO2 photocatalytic hydrogen production still lacks catalytic materials with novel structures and unique functions. At the same time the relationship with metal-carrier strong interaction and the interfacial active sites is still unclear. Towards this hurdle, this proposal will focus on three aspects: (1) construct new core-shell hollow spheres structured Au(CoOx)/TiO2/Pt and investigate the relationship of metal-support interaction with metal size, dispersion, location, state and TiO2 surface chemistry systematically. It is aimed to engineer a nanostructure with visible light response for efficient H2 production; (2) combine advanced microscopic (e.g., STEM), in situ X-ray spectroscopic (e.g., XPS, EPR) and in situ FTIR probe molecule adsorption techniques to investigate how metal species interact with TiO2 (chemical bonding, embedded within support, or electronic adhesion). The goal is to understand the relationship between metal-support interaction, interface and performance, and clarify the role of metal-support interaction in water splitting; (3) using gas-solid phase water splitting to H2 as a model reaction, we will investigate the interfacial sites of metal-TiO2 and track the adsorption, activation, and conversion of H2O molecule on the photocatalyst interface by in situ FTIR and EPR. We also combine transparent spectroscopies and electrochemical analysis methods to study the transfer of photo-excited electrons on the metal-support interface. Hence, this proposal can provide guidelines in developing new functional materials and lay a good foundation for the industrial application of photocatalytic H2 evolution.
目前金属-TiO2光催化制氢依然缺乏新颖结构与独特功能催化材料,且与金属-载体强相互作用、界面活性位的关系尚不清楚。为此本项目构建了新型核壳空心球结构Au(CoOx)/TiO2/Pt,系统考察金属尺寸、分散位置、状态和TiO2表面化学对金属-载体强相互作用的影响,以实现能级与界面匹配且可见光响应的高效制氢材料;结合先进的电子显微(STEM)、原位能谱(XPS、EPR)和原位红外探针分子吸附表征手段探究金属-载体之间相互作用方式(嵌入式、电子式、键合式),以期揭示相互作用-界面-性能之间构效关系;以气固相水分子裂解为模型反应,结合原位FTIR、EPR和瞬态光谱等技术重点探究金属界面活性位、水分子在表面吸附、活化和转化过程,分析光生电子在界面上的扩散、迁移路径,阐明金属-TiO2界面活性位在水裂解过程中起到的作用。项目的实施将对开发新功能材料有良好的指导作用,为光催化制氢的工业应用打下理论基础。项目研究期间发表了SCI收录学术论文30多篇,授权发明专利10余项,参与制定行业标准三项,主持制定团体标准两项和企业标准6项,参加国际国内会议8次并做邀请报告,获江西省自然科学二等奖和中国发明协会一等奖等奖励。培养了4名博士教师(目前3名获副教授),同时培养了1名博士研究生和二十多名硕士研究生,其中4名研究生获江西省优秀学位论文、3名研究生获国家奖学金、两名研究生获省政府奖学金,申请人入选国家百千万人才工程并授予“有突出贡献中青年专家”荣誉称号、江西省省级B类高层次人才,同时2023年入选全球前2%顶尖科学家(World top 2% scientists)。
原位探究负载型金属催化剂在光热催化CO2甲烷化中寿命和失活机制
  • 批准号:
    22272070
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    54万元
  • 批准年份:
    2022
  • 负责人:
    谢宇
  • 依托单位:
新型核壳结构钛铁基异质结膜的构建及其光催化过滤水中有机物和重金属离子性能的研究
  • 批准号:
    21667019
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
  • 资助金额:
    41.0万元
  • 批准年份:
    2016
  • 负责人:
    谢宇
  • 依托单位:
新型有机-无机杂化纳米复合颗粒磁性液体的制备及其双可调光子晶体构建
  • 批准号:
    51273089
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    80.0万元
  • 批准年份:
    2012
  • 负责人:
    谢宇
  • 依托单位:
新型导电聚合物-铁氧体吸波杂化材料合成及其结构与性能研究
  • 批准号:
    20904019
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    18.0万元
  • 批准年份:
    2009
  • 负责人:
    谢宇
  • 依托单位:
国内基金
海外基金