基于g-C3N4空间分离双助产氢光催化剂的构建及其作用机制研究

基本信息
批准号:21806059
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:26.50
负责人:赵辉
学科分类:
依托单位:江南大学
批准年份:2018
结题年份:2021
起止时间:2019-01-01 - 2021-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:吕金泽,张衍,田成,刘晓礼,张琪
关键词:
光催化双助催化剂gC3N4空间分离水分解产氢
结项摘要

Photocatalytic H2 evolution from water utilizing solar energy is a promising strategy to solve the problems of declining fossil fuels and environmental pollution from fossil fuels combustion fundamentally, which has drawn much attention by domestic and foreign scholars. In this field, developing an efficient, stable and low-cost photocatalyst is one of the hot topics. Carbon nitride (g-C3N4) is a stable and low-cost photocatalytic material, but the photogenerated electron-hole pairs are easily recombined that greatly limits the photocatalytic H2 evolution efficiency. As a result, a new ideal is proposed to accelerate the separation of photogenerated charges of g-C3N4, in which spatial separation of noble-metal-free metal phosphide (reduction cocatalyst) and manganese or cobalt oxide (oxidation cocatalyst) will be loaded on the outer and the inner surfaces of g-C3N4 porous hollow sphere, respectively. In this case, the photogenerated electrons and holes of g-C3N4 will transfer to the outer surface and inner surface, respectively, leading to a significantly increase of electron-hole pairs separation. On the basis of this, the synergistic effect and the structure-activity relationship will be investigated by means of changing the loading mode of cocatalyst on the surface of g-C3N4 and controlling the structure of g-C3N4 and metal phosphides. In addition, the photocatalytic H2 stability will be discussed and analyzed as well through long-time and time-cycle experiments. This proposal will provide an important scientific support for the rapid development of photocatalytic H2 evolution from water.

利用太阳能光催化分解水产氢是从根本上解决化石能源日渐减少和环境污染问题的理想途径,受到国内外学者广泛关注,开发高效、稳定的廉价光催化剂是该领域研究热点之一。g-C3N4是一种结构稳定的廉价光催化材料,但光生电子-空穴对复合严重,极大地限制了光催化产氢效率。为此本课题创新性地提出空间分离负载非贵金属还原和氧化助催化剂加快g-C3N4光生电荷分离的新思路,即以金属磷化物为还原助催化剂,以锰或钴氧化物为氧化助催化剂,将其分别负载到g-C3N4孔状空心球的外表面和内表面,在其共同诱导下,g-C3N4光生电子和空穴分别加速转移至外表面和内表面,显著提高了电子-空穴对的分离。拟通过改变助催化剂在g-C3N4表面的负载方式及调控g-C3N4和金属磷化物的结构,开展协同效应和构效关系研究。在此基础上,通过长时间产氢和多次循环实验,拟开展光催化产氢稳定性研究。本课题的批准实施将为推动光催化分解水产氢的快速发展提供重要的科学支撑。

项目摘要

光催化分解水产氢是从根本上解决化石能源短缺和环境污染问题的理想途径之一,受到了广泛关注,开发高效、稳定的廉价光催化剂是该领域研究难点之一。g-C3N4是一种结构稳定的廉价光催化材料,但光生电子-空穴对复合严重,极大地限制了光催化产氢效率。针对这一瓶颈问题,本项目创新性地开发了在g-C3N4纳米片表面定点沉积过渡金属基氧化和还原助催化剂来构筑空间分离双助结构的新策略,获得了电荷分离迁移效率显著提升的非贵金属基g-C3N4/过渡金属氧化物/过渡金属硫化物产氢光催化剂。通过对g-C3N4表面助催化剂负载方式对产氢性能影响的研究,揭示出氧化物氧化助催化剂和硫化物还原助催化剂两者间的协同效应;通过对g-C3N4片层厚度和氧化物结晶度的调控,建立了g-C3N4片层厚度和氧化物结晶度,g-C3N4/过渡金属氧化物/过渡金属硫化物的结构及其光催化产氢性能三者间的构效关系;通过对光催化产氢稳定性研究,确定了g-C3N4/过渡金属氧化物/过渡金属硫化物具有高光催化产氢稳定性的原因。在此基础上,以超薄g-C3N4纳米片(片层厚度为2 nm左右)为光催化剂载体,在其表面引入结晶Co3O4和无定型MoS2纳米点,获得的g-C3N4/Co3O4-1.9/MoS2-0.9展现出最高的光催化产氢性能,在可见光激发下其产氢速率分别达到105 μmol h-1,约是g-C3N4的885倍,高于目前报道的绝大多数硫化物助催化剂修饰g-C3N4的光催化产氢活性,且在循环实验和不同水介质中保持优异的稳定性。这些研究结果将为高性能、低成本的产氢光催化剂的构建奠定了理论基础和方法指导。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

涡度相关技术及其在陆地生态系统通量研究中的应用

涡度相关技术及其在陆地生态系统通量研究中的应用

DOI:10.17521/cjpe.2019.0351
发表时间:2020
2

氟化铵对CoMoS /ZrO_2催化4-甲基酚加氢脱氧性能的影响

氟化铵对CoMoS /ZrO_2催化4-甲基酚加氢脱氧性能的影响

DOI:10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2022.10.026
发表时间:2022
3

环境类邻避设施对北京市住宅价格影响研究--以大型垃圾处理设施为例

环境类邻避设施对北京市住宅价格影响研究--以大型垃圾处理设施为例

DOI:10.11821/dlyj020190689
发表时间:2020
4

基于ESO的DGVSCMG双框架伺服系统不匹配 扰动抑制

基于ESO的DGVSCMG双框架伺服系统不匹配 扰动抑制

DOI:
发表时间:2018
5

双吸离心泵压力脉动特性数值模拟及试验研究

双吸离心泵压力脉动特性数值模拟及试验研究

DOI:10.13465/j.cnki.jvs.2020.19.016
发表时间:2020

赵辉的其他基金

批准号:61873168
批准年份:2018
资助金额:63.00
项目类别:面上项目
批准号:61102151
批准年份:2011
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51874044
批准年份:2018
资助金额:61.00
项目类别:面上项目
批准号:51372073
批准年份:2013
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:51344003
批准年份:2013
资助金额:10.00
项目类别:专项基金项目
批准号:31301631
批准年份:2013
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30800243
批准年份:2008
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81172837
批准年份:2011
资助金额:52.00
项目类别:面上项目
批准号:41376125
批准年份:2013
资助金额:82.00
项目类别:面上项目
批准号:21506059
批准年份:2015
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31470913
批准年份:2014
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:81703087
批准年份:2017
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30600701
批准年份:2006
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41006070
批准年份:2010
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:71471094
批准年份:2014
资助金额:50.00
项目类别:面上项目
批准号:51072048
批准年份:2010
资助金额:34.00
项目类别:面上项目
批准号:81771157
批准年份:2017
资助金额:54.00
项目类别:面上项目
批准号:81471102
批准年份:2014
资助金额:70.00
项目类别:面上项目
批准号:61702400
批准年份:2017
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51674039
批准年份:2016
资助金额:72.00
项目类别:面上项目
批准号:81072504
批准年份:2010
资助金额:36.00
项目类别:面上项目

相似国自然基金

1

氢、氧活性位空间分离3D人造树叶光催化剂的构建及光解水性能研究

批准号:21403230
批准年份:2014
负责人:李海彦
学科分类:B0202
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
2

柔性PAN/g-C3N4/钴酸盐梯形异质结产氢光催化剂静电纺丝原位构建

批准号:21905209
批准年份:2019
负责人:徐全龙
学科分类:B0901
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
3

自组装卟啉/g-C3N4二维复合结构的界面电荷分离及产氢活性增强机制

批准号:21902081
批准年份:2019
负责人:杨柳青
学科分类:B0202
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
4

双分子结型水分解光催化剂的设计合成及其作用机制研究

批准号:21503127
批准年份:2015
负责人:顾泉
学科分类:B0202
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目