高分子聚合物半导体新型光催化材料及其催化作用本质研究

高量子效率、宽光谱响应和高稳定性的新型光催化剂及其作用本质，是当前国际光催化领域的研究前沿。基于我们有关g-C3N4高分子聚合物半导体具有光催化性能的最新发现，针对高分子聚合物类半导体由于激子结合能高和结晶度低，造成光生电子-空穴对难以分离和光生载流子迁移率小，导致光催化过程量子效率偏低，以及特定能带结构导致可见光吸收范围窄等关键科学问题，本项目以g-C3N4基新型高分子聚合物光催化剂的设计合成及光催化作用本质研究为重点，系统深入地研究该类材料在可见光诱导下，激子形成与离解、电荷传输和界面迁移等过程的微观机制及其调控方法；研究新型高分子聚合物在分解水制氢、选择性合成等光催化过程中的反应机理、催化剂结构与光吸收性能及光催化反应性能之间的构效关系和调控规律，探索提高光催化过程效率的基本途径，为建立新型高分子聚合物光催化反应机理模型和高效光催化剂的设计理论与制备方法提供系统的科学基础和技术指导。

项目执行四年来，针对关键科学问题，按预定计划开展研究工作，进展顺利。在新型聚合物光催化剂的分子设计与合成、组成-结构-性能调控、有机物光催化选择性氧化、CO2光催化还原、降解污染物和抗菌等方面都取得了重要研究进展。本项目构建了具有高量子效率和高可见光利用率的新型复合光催化体系，开展了聚合物半导体光催化分解水、CO2还原、选择性有机合成、污染物降解、抗菌的研究；系统深入地研究了聚合物光催化剂的催化作用本质和反应机理，并探索了催化剂的失活机制与再生方法；深入考察了聚合物半导体光催化和传统无机半导体光催化之间的共性、差异及耦合效应。. 在四年中，已发表SCI论文90篇，代表性文章有 《Nat. Commun.》1篇、《Angew. Chem. Int. Ed.》10篇、《J. Am. Chem. Soc.》1篇、《Adv. Mater.》2篇、《Energy Environ. Sci.》2篇、《Chem. Soc. Rev.》1篇等。论文总他引次数超过1200次，其中单篇论文最高他引次数达117次。研究工作被《Nature China》、《Materialsviews China》和《MRS Bulletin》等杂志作为亮点报道。相关研究成果已申请15件国家发明专利，其中已授权5件。. 在项目的执行过程中，积极开展学术交流和人才培养。承办了“第八届全国催化剂制备科学与技术研讨会”，联合举办了日本大阪府立大学-福州大学第一届国际研讨会。邀请了20位国内外专家学者到实验室访问并作学术报告，积极支持研究生参加国际和国内的相关学术会议。四年内，研究骨干中1人获国家杰出青年科学基金并入选“万人计划”领军人才，项目研究团队入选科技部重点领域创新团队；共培养35名研究生，其中有10名已取得博士学位，获得了卢嘉锡基金会优秀研究生奖、宝钢优秀研究生奖、国家研究生奖学金、福州大学博士生科技创新专项基金、福州大学研究生优秀学业奖学金、福州大学优秀毕业生等多项荣誉。. 总之，本项目圆满完成了各项任务，在科学研究、学术交流和人才培养等方面都取得了重要进展和创新性成果。