课题基金 / 基金详情

基于镍基硒化物的高效光催化产氢助催化剂研究

批准号:
22072024
项目类别:
面上项目
资助金额:
63.0 万元
负责人:
黄彩进
依托单位:
学科分类:
催化化学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
黄彩进

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
光催化分解水制氢是一种重要的且有工业应用前景的制氢途径。发展高效稳定及廉价光催化剂和反应系统是研究核心。助催化剂的使用是一种有效提高光催化过程效率的重要手段。申请人在前期工作中发现电催化性能优异、廉价的镍基硒化物具有较好的光催化产氢增强性能,是很有可能成为可替代贵金属的优异光催化产氢助剂,具有可预期的应用前景。但是目前关于镍基硒化物在光催化应用中的研究还甚少并且还存在一些关键问题需要深入探索。为此,本课题基于强化光生载流子分离及其定向迁移的研究思路;以镍硒化合物为光催化助剂,选择光催化性能较好的主催化剂;从光催化剂设计合成入手,通过调控镍硒化合物组分、形貌结构及其组装方式建立合适的可控制备方法,尝试构建新型、高效、稳定且具有可见光响应的光催化剂;深入研究材料的构-效关系及其调控规律、光催化作用本质及反应机理;进一步提高光催化制氢效率;拓展电催化材料在能源光催化等领域的工业化应用
英文摘要
Photocatalytic decomposition of water for hydrogen production is an important and promising way for industrial application. The development of efficient, stable and cheap photocatalysts and reaction systems is the core of research. The use of cocatalyst is an important and rational means to improve the efficiency of photocatalytic process. In the preliminary work, the applicant found that the low-cost nickel-based selenides with excellent electrocatalytic performance can effectively boost photocatalytic hydrogen production. This makes them likely to become an excellent photocatalytic hydrogen production cocatalyst instead of noble metals, and holds great promise for industrial application. However, there are few researches on the use of nickel-based selenides in photocatalysis, and some key problems (e.g., structure - activity relationship) need to be further explored. Therefore, this project is based on the research idea of strengthening the separation and migration of photo-induced carriers. The semiconductor catalyst with better photocatalytic performance is selected and coupled with the cocatalyst nickel selenide. Starting from the rational design, a suitable preparation method is expected to construct a new, efficient, stable and visible-light response photocatalyst by adjusting the composition, morphology and structure and coupling mode. We plan to systematically investigate the structure - activity relationship of materials and its photocatalytic mechanism. This project aims to further improves the efficiency of photocatalytic hydrogen production and expands the industrial application of electrocatalysis materials in energy photocatalysis.
本项目从镍硒化合物为光催化助剂入手,构建不同维度组合异质结构等策略优化光催化剂。工作包含了主助催化剂选择和制备、性能优化、光催化机理和构效关系等。重点研究内容如下:(1)研究了镍基硒化合物中 Ni/Se 含量、形貌结构及其在不同组装方式下的制备方法;(2)探索ZnIn2S4、ZnSe、CdS等主催化剂不同形貌结构的制备方法;(3)优化不同种类助剂结构与主催化剂的复合方式和制备方法(如核壳结构、自组装、原位生长);(4)研究了光催化剂的组成、结构对光催化活性的影响,揭示其作用机理和调控规律。(5)拓展了镍基硒化合物,发现SnSe2、CoSe、 Ni2P、β-Ni(OH)2等助剂有效地提高了光催化制氢性能, 研究其构-效关系及调控规律。.主要研究进展:1)NiSex负载异质结光催化剂。NiSex具有较宽的光谱响应范围,较低的产氢过电势,降低了表面阻抗,提高了光生载流子分离效率,因此大大提高光催化活性;2)Ni-Se双空位NiSeS助催化剂。Ni-Se双空位诱发了局域极化电场,加速了表面电荷转移,降低了反应势垒,从而提高了光催化性能;3)在电催化领域展现出卓越性能的镍基硒化物,是可能成为可替代贵金属的优异光催化制氢助剂;4)研究了其他高效光催化助剂SnSe2、CoSe、 Ni2P、β-Ni(OH)2等与ZnIn2S4、CdS、CdMnS等构建异质结结构,发现复合材料明显地提高光催化产氢活性。例如,Z型SnSe2/CdS异质结光催化剂,其共价异质节界面上的瞬态金属中心Sn4+/Sn0中心造成光氧化还原过程促进了界面电荷的传输/分离在界面上,从而促进光催化析氢;5)富含硫空位的Ni/Mn0.3Cd0.7S (Ni/MCS-s)复合材料,通过对其肖特基势垒进行了优化。Ni/MCS-s异质结构在模拟海水(3.5 wt% NaCl)中表现出优异的产氢活性,达到164.1 mmol/h/g;6)构建多金属氧酸盐(POM)的ZnIn2S4双功能光催化体系中,在水溶液条件下芳香族醇高效氧化并同时析出H2。.部分成果在国外重要刊物上,如Applied Catalysis B、Chemical Engineering Journal、ACS Appl. Mater. Interfaces、J. Mater. Chem. A等SCI刊物上发表12篇文章。(2)获国家发明专利授权5项。
新型硼碳氮三元化合物的高效光催化制氢性能研究
  • 批准号:
    U1662112
  • 项目类别:
    联合基金项目
  • 资助金额:
    65.0万元
  • 批准年份:
    2016
  • 负责人:
    黄彩进
  • 依托单位:
基于异形纳米天线的复合光催化材料合成及性能表征
  • 批准号:
    21273038
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    80.0万元
  • 批准年份:
    2012
  • 负责人:
    黄彩进
  • 依托单位:
国内基金
海外基金