近红外光响应金属有机框架材料及纳米复合材料的制备及机理研究

NIR constitutes about 44 % of sunlight.Chemical transformations promoted by near-infrared (NIR) light is an emerging area,and the study of its utilization is extremely popupar. This project plans to prepare micro(meso)porous Metal-Organic Framworks (MOFs) materials with multiple coordination modes. Meanwhile, UV-Vis active photocatalysts such asBiVO4,Bi2WO3,TiO2,ZnO and Carbon quantum dots will be loaded into the pores or onto the surfaces of the as-prepared MOFs materials. The NIR photocatalytic activity of these materials will be studied. Detailed research contents include:(1)Explore the synthetic strategy of preparing micro(meso)porous MOFs materials with multiple coordination modes and NIR absorption;(2)Prepare nano inorganic materials with multiple coordination modes similar with Cu2(OH)PO4;(3)Explore the preparation of nano UV-Vis photocatalyst/MOFs materials composites;(4)Investigate the NIR photocatalytic mechanism by exploring the structure-function relationship, physical processes such as energy levels match, charge separation, transportation, composition etc. This project will help to develop new materials with high-efficiency NIR photocatalytic activity, and open up a new application area of MOFs materials in NIR photocatalysis. Moreover, it will have a positive impact for the efficient utilization of solar energy, realizing "power up the world with sunlight" and alleviating environmental pollutions.

太阳光44%的能量来自近红外光，通过近红外光催化化学反应的研究是一个新兴的领域，已受到广泛重视。本项目拟制备晶体结构中具有多种配位构型的微（介）孔多核金属有机框架材料（MOFs）；在该类MOFs孔内或表面负载具有光催化活性的纳米晶诸如BiVO4、Bi2WO3、碳量子点及TiO2等；以期获得具有高效近红外光催化的新型MOFs 材料。研究内容包括：（1）探索具有多种配位构型，适配近红外响应的多核微（介）孔金属有机框架材料的制备工艺；（2）制备类似Cu2(OH)PO4,具有多种配位构型的无机材料；（3）探索MOFs 负载具有光催化活性的纳米晶的复合材料的制备工艺；（4）研究上述材料的近红外催化活性，探索近红外催化活性与配位构型的构效关系及能级匹配、电荷分离、输运、复合等物理过程，建立近红外催化机制。本项目的开展将开发出新型高效近红外光响应催化剂，填补MOFs材料在在近红外催化领域的空白。

二维大面积薄膜在能源存储、分离过滤、环境修复等众多领域占有重要地位，各国都在努力开发制备大面积连续性功能化薄膜的有效方法。本课题从事碳基膜的可控组装及电容性质的应用研究，发展了一种模拟生物体主动聚集的金属诱导去氧法制备大面积柔性碳膜，成功组装的案例包括零维碳量子点，一维碳纳米管，二维石墨烯和三维碳球等，验证了该法具有普适性；提出了双电层理论解释金属诱导自聚集成膜现象。以碳布支撑的CNT膜做柔性电极组装全固态柔性超级电容器。串联四个超薄电容器，可点亮一盏2V LED灯工作。MnO2的核壳结构材料具有良好的倍率性能而备受关注。通过Co2+诱导获得α-MnO2纳米线，进而水热法制备新型α-MnO2@δ-MnO2核壳结构材料，MnO2纳米片均匀地生长在α-MnO2纳米线上，形成分级纳米结构。该核壳纳米结构具有良好的协同作用，表现出优良的电化学性质。.以金属硫化物、钙钛矿氧化物、铜基纳米材料及CuO-CeO2等一系列复合物材料为研究对象，研究其制备工艺、光催化和吸附性质及其构效关系。采用胶体合成法、溶剂热法，基于单一来源前驱物制备一系列金属硫化物纳米材料，诸如石墨烯状Co3S4负载Ag2S纳米复合物、Au/Cu1.94S/ZnS、Ag2S/ZnS、NixSy/rGO复合材料及花球状的In2S3纳米材料等，揭示其优异光催化构效关系；采用超声合成法，制备一系列铜基纳米材料诸如梭型碱式磷酸铜、纳米片状碱式硝酸铜、纳米片状碱式钼酸铜等，碱式硝酸铜具有高效选择性的吸附含有磺酸基团的染料的特性，提出吸附机理；利用CeCO3OH@C、C球以及MWCNTs作为模板，通过超声辅助离子吸附法合成一系列钙钛矿复合材料，诸如CeO2-LaBO3（B=Fe， Mn，Ni）、MTCNTs-LaFeO3和LaFeO3@C钙钛矿复合材料等，研究其降解NNK、光芬顿催化降解RhB等性质。 .体异质结电池结构开始受到越来越多的科学家们的关注。本课题设计新型稠环受体材料，测试其光伏性能，研究表明氟原子的加入由于化学键的影响，可以调节分子能级，使给受体能级更加匹配；也可以拓宽吸收，增加电流。进而提高PCE。 另外，MOFs材料具有高效的荧光特性，有望在食品典型污染物新型荧光检测技术方面得到应用。