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中国科大光催化分解水研究获进展【67777.com】

文章作者:产品测评 上传时间:2019-11-17

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本报讯 近日,中国科学技术大学国家同步辐射实验室教授韦世强和特任教授姚涛课题组合作,利用同步辐射X射线吸收谱学技术,精确设计单活性位点钴基催化剂,实现太阳光驱动自发水分解,相关研究发表在《德国应用化学》上,并被选为当期热点文章进行亮点报道。

自从上世纪70年代以来,利用半导体光催化剂进行光分解水产氢,成为人类获取氢能源的重要途径之一。不含金属的半导体催化剂由于价格低廉、性能优异而备受关注。众多研究表明,高效催化剂需要具备以下特点:光生载流子的有效分离;更高的催化活性;更多的活性位点;更好的载流子传输特性;更强的光响应和方便的可回收性。基于以上考虑,吴兴龙教授课题组巧妙地设计了一种基于新型半金属氮化碳纳米片的人工微腔共振光栅结构,实现了全波段的利用太阳光实现高效的光催化产氢。

该研究组提出通过设计构建单活性位点结构来分离光生电子和空穴对,并作为助催化剂实现高效的全解水性能。利用氮化碳纳米空间限域效应合成原子级分散的结构位点,同步辐射X射线吸收谱学以及高角环形暗场像明确形成了一种特殊构型,从而获得了单位点钴基负载磷掺氮化碳复合型光催化剂。该复合结构在电子能带结构中形成特殊中间态,不仅极大地提高了材料的可见光吸收,而且有效抑制光生电子—空穴对复合,成功将光生载流子寿命显著提高约20倍。这种单活性位点复合型光催化剂将为进一步提升现有光催化剂的水分解性能提供新的设计思路和方法,同时也为从原子尺度探究催化活性中心和反应机理提供了新的有效途径。

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中国科大光催化分解水研究获进展

该项研究得到了科技部国家重点研发计划、国家自然科学基金委、江苏省自然科学基金、中央高校基本科研业务费支持。

通过太阳光驱动水分解的“人工光合作用”是实现太阳能转化生产清洁可再生氢能的理想方法,同时也是解决未来能源的途径之一。然而,目前大多数光催化剂在不使用牺牲剂的条件下很难实现太阳光驱动水分解,其效率也远远达不到实际应用需求。光解水过程包含着复杂的多电子、多步骤反应,对催化剂材料的要求非常高,不仅要有合适的能级结构来吸收足够的可见光,更关键的是要有效地分离和传输光生电子和空穴,同时还具备高效稳定的产氢和产氧活性位点。因此,寻求新型高效、稳定和廉价的光催化剂依然面临着极大挑战。

图1.微结构调控的半金属氮化碳材料产氢示意图。

《中国科学报》 (2017-08-08 第1版 要闻)

图4.产氢性能图。

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