石墨烯基复合光催化产氢材料体系构建与机理研究

基本信息
批准号:21433007
项目类别:重点项目
资助金额:370.00
负责人:余家国
学科分类:
依托单位:武汉理工大学
批准年份:2014
结题年份:2019
起止时间:2015-01-01 - 2019-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:吕功煊,刘保顺,吴玉琪,夏娅娜,甄文龙,李覃,徐全龙,张金锋,许第发
关键词:
石墨烯产氢光催化
结项摘要

Design and fabrication of highly efficient photocatalytic H2-production materials are one of photocatalytic research hotspots. On the basis of the development of international photocatalysis, the previous investigation work and results of Wuhan University of Technology and Lanzhou Institute of Chemical Physics of Chinese Academy of Science, and the principle of chemical thermodynamics and kinetics, it is proposed to initiate a research program, which is mainly focusing on design and fabrication of photocatalytic water-splitting H2-production materials and systems by chemical precipitation and hydrothermal methods. These H2-production materials are composites of graphene and oxides, sulfides, polymers, organic molecules and noble metal nanoparticles with surface plasmon. The composition-morphology-performance intrinsic relationship and synergistic effect between graphene and photocatalytic materials will be carefully investigated. The transfer and separation of photogenerated electrons and holes within graphene-based composite photocatalytic materials under light irradiation will also be investigated. The design principal of composition and structure of graphene-based composite photocatalytic materials will be developed and proposed by this project. The relationship of composition-structure-H2-production performance and control methods of the composite photocatalytic materials will be revealed during investigating this project. To enhance H2-production efficiency of photocatalytic water splitting, the intrinsic mechanism, synergistic action and control rule of the photocatalytic hydrogen production will be explained. This is of great significance in promoting the development of photocatalysis theory and increasing new knowledge of photocatalytic hydrogen production. This investigation will also provide new insight into the fabrication of advanced graphene-based photocatalytic H2-production materials and systems and enhance the application of graphene based composite photocatalytic materials in hydrogen production.

高效光催化产氢材料体系的设计制备是光催化领域的前沿和热点研究问题之一。项目根据国际最新研究动态,结合武汉理工大学和中科院兰州化学物理研究所的研究积累和前期工作,基于化学热力学和动力学原理,提出通过化学沉淀和水热方法构建石墨烯与金属氧化物、硫化物、高分子聚合物、有机分子和表面等离子体贵金属颗粒复合光催化产氢材料和产氢体系;研究石墨烯和光催化材料的组成及形貌与光催化产氢活性之间的内在关系、协同效应和光生载流子转移分离机理,以发展石墨烯基复合光催化产氢材料的组成结构设计原理、揭示组成-结构-产氢性能的构效关系和调控方法,阐明石墨烯基光催化过程的微观机理、协同作用和调控规律,以提高光催化分解水产氢效率为研究目标,为新型高效光催化产氢材料体系的制备提供理论基础和科学依据。通过本研究可以丰富光催化产氢材料的制备方法和材料体系,对制备高活性稳定性好的光催化产氢材料将提供新的视野。

项目摘要

项目执行期间通过化学沉淀和水热等方法构建了石墨烯与金属氧化物、硫化物、高分子聚合物、有机分子和表面等离子体贵金属颗粒复合光催化产氢材料与产氢体系;研究了石墨烯和光催化材料的组成及形貌与光催化产氢活性之间的内在关系、协同效应和光生载流子转移分离机理,发展了石墨烯基复合光催化产氢材料的组成结构设计原理,揭示了组成-结构-产氢性能的构效关系和调控方法,阐明了石墨烯基光催化过程的微观机理、协同作用和调控规律,提高了光催化分解水产氢效率。项目为新型高效光催化产氢材料体系的制备提供了理论基础和科学依据。同时丰富了光催化产氢材料的制备方法和材料体系,对制备活性高稳定性好的光催化产氢材料提供了新的视野。多篇研究论文发表在多种国际刊物上,如:Chem. Rev.、Chem. Soc. Rev.、Adv. Mater. (4)、Adv. Energy Mater. (4)、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed. (2)、Joule、Mater. Today (2)、Adv. Funct. Mater. (5)、Small (5)、ACS Catal.、ACS Nano、J. Catal. (11)、Appl. Catal. B (34)、中国科学化学、中国科学材料、催化学报(8)等,发表SCI 收录论文231篇,发表论文中有ESI高被引论文66篇,发表论文被SCI他人引文16000余次。项目执行期间毕业了18位博士研究生和29位硕士研究生, 出站博士后9人。研究成果获得湖北省自然科学一等奖2项,项目组有3人入选科睿唯安(原汤森路透)全球高被引研究人员名单,1人获得基金委国家优秀青年基金资助。出版中英文学术专著各1部,分别是:Surface Science of Photocatalysis, ISBN 9780081028902, Editors: Jiaguo Yu, Mietek Jaroniec, Chuanjia Jiang, Elsevier, 2020, and 新型太阳燃料光催化材料, ISBN 978-7-5629-5378-4, 余家国等编著, 武汉理工大学出版社,2018. 该书第二版, 2020。获得授权国家发明专利7项。主办国际会议7次,在国际会议做邀请报告40次,国内会议做邀请报告20次。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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