高性能的g-C3N4/铁基金属有机骨架化合物的复合光催化材料(g-C3N4/Fe-MOFs)的合成、结构与性能关系的研究

The energy crisis and increasing environmental pollution are two serious problems currently. Photocatalysis has attracted intense attention because of its advantage in the complete mineralization of organic pollutants and hydrogen generation through water splitting. In this project, based on the physical and chemical method, we will design and synthesize a novel type of g-C3N4/Fe-MOFs composite materials with semiconductor character, rich active sites, high surface area and large pore volume. The influence of quantum efficiency, active site, mass transfer efficiency, separation efficiency of the photogenerated electrons and holes and the diffusion path of free carries of g-C3N4/Fe-MOFs composite materials will be investigated in detail and summarized. Most significantly, the effect of different ratio and interfacial contact as well the relationship between the porous structure and photocatalytic performance of g-C3N4/Fe-MOFs composite materials and so on, will be systematically studied and disclosed by the test. The results of this project may have significant implications for future rational design and controllable construction of new high-performance photocatalysis materials for energy or environment.

能源危机和不断的环境污染问题成为困扰人类发展的最为严重的两大难题。由于光催化技术可以利用太阳光将有机污染完全矿化和通过光解水产生氢气，所以开发新颖的光催化剂激起了科学家们的研究热情。本项目拟利用石墨氮化碳和铁基的金属有机骨架化合物作为原料，采用不同的合成方法，组装出具有半导体特性的、高活性位点的、大的比表面积的、高孔隙的石墨氮化碳与铁基金属有机骨架化合物的复合光催化材料。探索和总结g-C3N4/铁基金属有机骨架化合物的复合材料光量子效率，复合光催化剂的活性位点，反应物与产物的传质效率，光生电子-空穴分离的时间，电荷在孔道内有效的传递等对光催化性能的影响规律，不断分析总结两者的结合亲密性和两者的比例关系以及对能带结构的影响，进一步揭示合成规律、结构特点、构筑规律，深入探索两者之间的光生载流子的迁移、光子捕获的规律以及抑制电子与空穴复合的几率的机制，为开发高效率光催化剂材料提供新的途径。

能源危机和不断的环境污染问题成为困扰人类发展的最为严重的两大难题。由于光催化技术可以利用太阳光将有机污染完全矿化和通过光解水产生氢气，所以开发新颖的光催化剂激起了科学家们的研究热情。本项目采用石墨相氮化碳与铁基金属有机骨架材料及其相关衍生物为前驱体，采用多种合成设计方法，设计合成了一系列具有特殊结构的复合光催化剂，并探究了在此体系下的催化剂的结构-光催化性能的关系。总结了各种设计合成方法对光催化剂在反应的活性位点，光生电子的复合几率以及电子传递效率等方面的影响。同时，为大尺度设计和构筑石墨相氮化碳及其复合材料的光催化体系提供一定的理论依据。在此项目资助下，在Dalton Trans., Int. J. Hydrogen Energy，Appl. Organomet. Chem.，New J. Chem.等主流杂志发表SCI 期刊研究论文11篇，正在投稿论文1篇，参加国内学术会议7次，完成相关硕士论文6篇，在读博士论文1篇，在读硕士2篇。顺利完成项目的预期目标。