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碳基高效光解水催化劑
發(fā)布時(shí)間：2022-11-07 瀏覽量：1703
能源危機(jī)和環(huán)境污染是人類面臨的兩大基本問題,利用取之不盡、用之不竭的太陽能驅(qū)動(dòng)水解離轉(zhuǎn)換為氫能是解決這兩大難題的重要途徑,因此深入研究光解水制氫技術(shù)對(duì)構(gòu)建新能源體系具有重要價(jià)值。自1972年,Fujishima和Honda發(fā)現(xiàn)Ti02電極在光照下具有產(chǎn)氫現(xiàn)象,基于半導(dǎo)體光催化水分解技術(shù)引起了人們的廣泛研究。目前為止,經(jīng)報(bào)道的制氫催化劑已經(jīng)超過150余種。
然而常規(guī)半導(dǎo)體光催化劑由于光譜吸收能力較低和范圍較窄、光生載流子分離/遷移效率較低、化學(xué)循環(huán)穩(wěn)定性不足等因素,極大地抑制光解水效率的提升,限制了光解水制氫技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。
因此迫切開發(fā)高效、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)的光驅(qū)動(dòng)產(chǎn)氫催化劑,以解決光解水制氫發(fā)展過程中遇到的瓶頸難題。氮化碳是一種獨(dú)特的有機(jī)共軛二維半導(dǎo)體,其具有適中的帶隙(2.7eV),具有良好的光響應(yīng)特性,并在高溫,酸性,堿性條件下可以穩(wěn)定存在,是研究太陽能轉(zhuǎn)換及利用的熱門材料。氮化碳獨(dú)特的光響應(yīng)功能單元-3-均-三嗪環(huán)(C6N7環(huán))通過碳氮共價(jià)鍵沿著(001)二維平面均一、穩(wěn)定和周期性鋪展,為碳氮基光催化劑的功能化復(fù)合、裁剪和平面重構(gòu)奠定結(jié)構(gòu)基礎(chǔ),并在協(xié)同光解水性能提升方面發(fā)揮著重要的作用。
本博士論文以氮化碳基半導(dǎo)體材料為光催化劑,在材料進(jìn)行平面異質(zhì)結(jié)構(gòu)建、活性位調(diào)控、表面官能團(tuán)修飾等策略對(duì)氮化碳催化劑進(jìn)行結(jié)構(gòu)調(diào)控的基礎(chǔ)上,并對(duì)其開展光解水制氫性能研究,針對(duì)性解決了光催劑吸光能力不足、光生載流子遷移和利用率低等關(guān)鍵問題,實(shí)現(xiàn)了碳氮基光催化材料光能轉(zhuǎn)換效率的顯著提升。
論文對(duì)氮化碳基光催化材料在光解水領(lǐng)域的相關(guān)功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、構(gòu)效關(guān)系以及催化機(jī)理研究做了系統(tǒng)的總結(jié),深入分析了二維共軛氮化碳基材料在能源領(lǐng)域面臨的問題及挑戰(zhàn),并針對(duì)碳氮基催化劑面臨的瓶頸問題提出結(jié)構(gòu)改進(jìn)和性能提升策略和方法,為優(yōu)化設(shè)計(jì)和調(diào)控制備出高效、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)的光催化劑提供了新理念。