The synthesis of broad-spectral-response photocatalytic materials with efficient interfacial electron transport is one of frontiers researches in the field of photocatalysis. We will utilize chemical vapor deposition to directly grow the doped graphene on the surface of two-dimensional (2D) semiconductor-photocatalytic materials with 2D semiconductor materials (MoS2, BiOBr, MnO2, and CdS) as substrate and aromatic hydrocarbons (pyridine, three phenyl boron, three phenyl phosphorus, and thiophene) as precursor. Effects of morphology, microstructures, and contact interfaces on interfacial electron transport, broad-spectral-response activity, and apparent quantum conversion efficiency will be investigated. Graphene-based semiconductor photocatalyst with excellent interfacial electron transport will be developed for visible-light photocatalytic dissociation of H2O to yield H2 and elimination of phenol pollutant, meanwhile, we will also reveal the corresponding photocatalytic mechanism. Moreover, we will optimize in-situ growth method of graphene on the surface of semiconductor photocatalytic materials, which will provide theoretical basis and feasible way to develop active photocatalysts with efficiently separation-transfer performance of photogenerated carrier and wide-spectral response. The project will promote the photocatalytic technology application in environmental purification and new energy development.
宽光谱响应、高效界面电子传输性能的光催化材料合成是光催化领域的前沿研究问题。本项目提出以二维 (2D) 半导体光催化材料(MoS2、BiOBr、MnO2、CdS)为基体,芳香烃(吡啶、三苯基硼、三苯基膦、噻吩)为前驱物,通过化学气相沉积法,直接在2D半导体光催化材料表面原位生长掺杂型石墨烯。研究所合成的掺杂型石墨烯基半导体光催化材料形貌、微结构、接触界面对界面电子传输性能、光催化材料宽光谱响应活性以及表观量子转化效率的影响。开发具有优异界面电子传输的石墨烯基半导体光催化材料用于可见光水解离产氢和氧化矿化苯酚污染物体系,揭示光催化作用机制。优化半导体光催化材料原位固相合成石墨烯制备工艺,为开发高效光生载流子分离和迁移以及宽光谱响应的石墨烯基半导体光催化材料提供理论依据和可行途径,推动光催化技术在环境净化和新能源开发的应用。
宽光谱响应、高效载流子分离和传输性能的光催化材料设计合成是光催化领域的前沿研究问题。依托该项目,采用CVD法直接在氮化碳和MoS2二维片层表面原位生长石墨烯,研究表明,石墨烯不仅作为光生电子聚集中心,同时光生空穴也通过紧密作用的界面传输到石墨烯上;石墨烯本身与基体相互作用,电荷分布不均,产生极化电场,该极化电场促进光生电子和空穴的有效分离,实现材料光催化制氢性能的提高,这一机理与前期研究认为的石墨烯只作为电子聚集中心有所不同。此外,进一步深化了光催化材料设计及构建的理论深度和实验探索的广度,包括材料内建电场构建、双电场协同作用和光催化机理的探究等方面。系列研究,为高效光催化材料的理性设计提供了广阔而有效的策略,从本质上解决了太阳能转换的瓶颈问题,促进光催化材料性能的显著提高,推动其商业化进程。
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数据更新时间:2023-05-31
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