瓜环桥接作用下的助催化剂异位负载实现完全光催化/光电化学分解水的研究

Co-catalyst is acting an important role in photocatalytical/Photoelectrochemical water splitting and artracting more and more attention，but it is still a great challange to choose matching cocatalysts and load spacial separately for these photocatalysts with appropriate band structrue to realize overall water splitting. This study is focused on this concern and innovatively introduce cucurbituril compound into this field, a compound with special nanometer scale cavity and active end, trying to linking host semiconductor catalyst and nanometer Pt, Au or Pd co-catalyst on the both ends respectively through cucrubituril’s bridge effect, finally, realizing the overall water splitting by co-catalysts loading simultaneously. The main researching contents include the preparation of (oxy)nitride semiconductor photocatalyst, modification of cucurbituril compounds, selection of co-catalyst and its loading, as well characterization, activity measurement. The purpose of this project is to make the potential utilization of cucurbituril with special structure and properties in co-catalyst loading on photocatalysis, to reveal the mechanism of the co-catalyst on the effect of charge carrier transfer, recombination, annihilation from micro surface/interface level, and to propose the ideal.co-catalyst partner and model to realize water splitting efficiently and stably.

助催化剂在光催化/光电化学分解水的过程中扮演着重要角色， 但是针对不同的主体光催化剂如何筛选合适的产氢、产氧助催化剂，特别是对具有适宜能带结构满足完全分解水的光催化剂如何选择匹配的产氢、产氧双助催化剂以及如何实现异位共同负载促进完全分解水是该领域的共性关键问题。本研究利用瓜环纳米空腔结构及端口环绕极性羰基氧特性，研究瓜环桥接作用下在其两端选择性的配位链接主体光催化剂和纳米Pt, Au, Pd等产氢助催化剂，实现产氢、产氧助催化剂的异位共同负载促进完全分解水。研究内容包括氮（氧）化物等主催化剂的制备、瓜环化合物的表面修饰、助催化剂的选择、负载以及表征、光催化活性的测试等实验工作。通过该研究，力图挖掘瓜环这一功能材料在助催化剂的异位负载方面的潜在应用价值，同时从表/界面微观层面揭示助催化剂对光生电子与空穴的迁移、复合、湮灭的影响及反应作用机理，提出具有高效、稳定分解水的助催化剂的组成和结构。

助催化剂在光催化/光电化学分解水的过程中扮演着重要角色， 但是针对不同的主体光催化剂如何筛选合适的产氢、产氧助催化剂，特别是对具有适宜能带结构满足完全分解水的光催化剂如何选择匹配的产氢、产氧双助催化剂以及如何实现异位共同负载促进完全分解水是该领域的共性关键问题。本研究利用瓜环纳米空腔结构及端口环绕极性羰基氧特性，研究瓜环桥接作用下在其两端选择性的配位链接主体光催化剂和纳米Pt、Au、Pd等产氢助催化剂，实现产氢、产氧助催化剂的异位共同负载促进完全分解水。研究内容包括氮（氧）化物等主催化剂的制备、瓜环化合物的表面修饰、助催化剂的选择、负载以及表征、光催化活性的测试等实验工作。项目执行期间，开展了以TiO2、Ag3PO4、CdS及g-C3N4为主催化剂，通过元素掺杂、异质结复合、助催化剂负载及瓜环主客体耦合，成功制备出高活性、高稳定性的Sn2+、N掺杂TiO2、g-C3N4 /CdS、Ag3PO4@TiO2、BP/BN-TiO2、CdS@CB(六元瓜环)等系列复合催化剂，实现提高光催化剂的光生电子和空穴的迁移和俘获，最终实现在可见光下光解水制氢。本项目在瓜环主客体相互作用下的自组装基础上，通过简单的方法，制备了CdS-CB[6]复合光催化剂，产氢结果证明了六元瓜环CB和CdS形成了的一定的相互作用，其产氢活性是未经处理的纯CdS的2倍，瓜环对提高硫化镉的电子转移和克服光生电子和光生空缺复合快的缺点具有重要的意义。更进一步，在Pt的负载量为3%时，发现Pt@CdS-CB[6]复合光催化剂的产氢量是纯CdS的4倍，并且复合催化剂的稳定性增强。通过该研究，初步验证并挖掘了瓜环这一功能材料在助催化剂的异位负载方面的潜在应用价值，同时从表/界面微观层面揭示助催化剂对光生电子与空穴的迁移、复合、湮灭的影响及反应作用机理，获得具有高效、稳定分解水的助催化剂的组成和结构。