TMD/PCP复合材料的制备及光催化性能

The project is about growing porous coordination polymer (PCP) on monolayer transition-metal dichalcogenide (TMD) nanosheet to form novel TMD/PCP composites. The monolayer TMD nanosheets are fabricated by electrochemical exfoliation, and TMD/PCP composites will be synthesized under hydrothermal/solvothermal conditions. During the synthesis process, the self-assemble of metal ions and organic ligand is as the reaction driving force, the composition and thickness of synthesized PCP on TMD substrates need to be controlled. Our aim is to construct a series of stable and practical TMD/PCP composites by controlling the synthesis condition, investigate the effect of all kinds of reaction factors, and try to put forward a general method for synthesizing this kind of composites. The synthesized TMD/PCP composites will be characterized in detail. By integrating the advantages of components of materials, such as the catalysis property of TMD and the light harvesting and carbon dioxide capture and storage properties of PCP, the composites will be mainly considered for photocatalysts: the photocatalytic reaction for hydrogen production from water or carbon dioxide reduction as the examples, the potential electronic transmission mechanism will be explored, and the result will provide reference data for energy conversion technologies. At the same time, the effect of the added TMD for the structure and morphology of the PCP will be also examined.

本项目提出利用过渡金属硫化物(TMD)和多孔配位聚合物(PCP)在相互交叉融合过程中构筑新型的TMD/PCP复合材料。在水热/溶剂热合成体系下，以金属-有机配体的自组装作为反应驱动力，兼顾金属与有机配体在自组装过程中形成的骨架结构特点，利用电化学剥离的单层TMD作为基板，在其表面生长厚度可控，成份可调的PCP材料。通过控制反应条件，最终构筑出一批稳定、实用的TMD/PCP复合材料，对所合成的复合材料进行详细表征，提出具有普适性的复合材料合成方法，探索TMD/PCP复杂组装体系中的各反应因素的影响。并综合两种组分材料的优势：TMD的催化作用，PCP对光吸收作用以及对二氧化碳的富集作用，对制备的复合材料开展光催化分解水产氢以及二氧化碳还原方面的性能研究，阐明催化过程中潜在的电子传输机理，为其实际能源转化方面的应用提供参考数据，同时揭示体系中TMD材料对所合成PCP形貌及结构的影响。

多孔配位聚合物，也就是金属有机框架材料，是由金属节点与有机配体自组装形成，可以展现很好的催化性能。本项目主要是设计合成所需的多孔配位聚合物材料及其复合材料，探索所合成材料在催化转化方面的应用。所取得的成果包括：.1、以卟啉类有机物作为有机配体，通过控制其晶面生长，获得了多种金属卟啉纳米片材料，利用所合成的金属卟啉纳米片作为异相催化剂催化氧化苯乙烯反应，相比较块体的晶体、以及HKUST-1，所合成的纳米片材料表现出催化效果最佳；.2、以所合成的金属卟啉纳米片作为基板，在其表面生长纳米颗粒，所获得的复合材料表现出一定的选择性催化性能；.3、构筑了以Al为金属节点，卟啉为有机配体的多孔配位聚合物材料，并利用光催化和电催化反应，探索所合成材料在二氧化碳还原方面的应用；.4、拓展了一种新的，合成二维导电配位聚合物的方法；.5、利用所合成的二维导电MOF，探索其在锂硫电池中对穿梭效应的抑制和缓解作用；.6、合成了以多孔配位聚合物为前驱体的衍生材料，并构筑其复合材料，探索所合成材料在能源存储方面的应用。