连续多相流动体系下热物理化学、光热物理化学基础与规律的研究

Hydrogen production from sunlight through either thermochemical or photochemical conversion offers an ideal and powerful means towards the rapid increased energy and environment crises. With the projected industrial application, we need to firstly emphasize on the key issues during this continuous multi-phase flow based interface reactions, including understanding the reaction mechanism, reaction kinetics, and the synergistic effect between related physical and chemical processes, However, which is still a great challenge to date. To this end, this project intends to study the interactions of physical and chemical reactions at the interfaces in a continuous multiphase flow system coupled with light and heat, revealing the reaction kinetics, reaction mechanism, and the synergistic effect of the physical and chemical processes during the thermal-physicochemically or photo-physicochemically controlled interfacial reactions. Finally, we will establish a novel theoretical system on the multiphase flow based thermophysicochemistry and photophysicochemistry during solar photochemical/thermochemical conversion process.

利用太阳能从水和生物质中制取氢气或其它能源产品是彻底解决能源和环境的最理想途径之一。无论是太阳能热化学转化还是光化学转换利用，连续流动体系下多相反应的微观机理、多相化学反应的界面反应动力学、以及反应过程多相物理场与化学反应的相互耦合作用机制是最为关键的科学问题，当前人们对其现象和规律的理解与掌握程度很低，国内外富有成效的研究均极少。本项目拟通过研究连续多相流热物理化学与光热物理化学反应过程中界面反应动力学及物理化学反应耦合作用，揭示多相流热物理化学、光热物理化学过程界面反应动力学规律及微观反应机理多相流热物理化学、光热物理化学过程物理化学场的相互耦合作用机理，初步建立太阳能光化学与热化学转化过程中的多相流热物理化学、光热物理化学的理论体系。

利用太阳能从水和生物质中制取氢气或其它能源产品是彻底解决能源和环境的最理想途径之一。无论是太阳能热化学转化还是光化学转换利用，连续流动体系下多相反应的微观机理、多相化学反应的界面反应动力学、以及反应过程多相物理场与化学反应的相互耦合作用机制是最为关键的科学问题，当前人们对其现象和规律的理解与掌握程度很低，国内外富有成效的研究均极少。本项目对太阳能光化学（光催化和光电化学）分解水制氢与超临界水煤气化制氢和热化学CO2分解过程中的多相流热物理化学、光热物理化学的反应过程的界面反应动力学与物理化学反应耦合作用机理开展了全面研究，揭示了能源高效洁净可再生转化过程连续多相流动体系中的热物理化学、光热物理化学过程界面反应动力学规律、微观反应机理以及物理化学场的相互耦合作用。通过实验与理论相结合方法，采用先进的表征仪器和实验手段，捕捉太阳能热物理化学、光热物理化学过程中的多相化学反应界面、瞬态产物及过程，建立相关理论与模型，初步解决了多相化学反应界面反应动力学、多相反应的微观机理以及反应过程多相物理场与化学反应的相互耦合作用机制等关键的科学问题。本项目执行期间，获国家自然科学奖二等奖1项、陕西省科学技术一等奖2项；共发表SCI论文81篇，申请/授权发明专利12/5项，在国内外会议作邀请报告48次；毕业硕博研究生20人。项目负责人入选中组部青年拔尖人才和教育部青年长江；项目组成员中，陕西省优秀百篇博士学位论文获得者1人，晋升教授职称1人，晋升副教授职称3人。与美国普林斯顿大学等一流大学的研究团队长期进行密切的科研合作、人才培养，联合培养博士生和教师20人，邀请国外知名学者来实验室讲座报告35人次。