《二氧化鈦光解水制氫表面反應動力學過程的理論研究》是依託中國科學技術大學，由張文華擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：二氧化鈦光解水制氫表面反應動力學過程的理論研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：張文華
- 依託單位：中國科學技術大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
光催化分解水制氫是太陽能-化學能轉換研究的重要方向之一。半導體金屬氧化物是常用的光催化劑，光催化過程非常複雜，反應最後通過光生電子、空穴在表面上和反應物分子相互作用而實現，因此理解表面電子、空穴的俘獲狀態及其與分子反應的完整表面動力學過程對理解光催化機制有著重要意義。本項目基於DFT+U方法，結合譜學模擬、分子動力學模擬、熱力學分析等方法，構建表面光化學過程在同一理論框架下的普適研究方案，圍繞二氧化鈦光解水制氫反應，系統開展如下工作：（1）晶面、缺陷、尺寸形貌、分子與表面的相互作用等對電子、空穴表面俘獲狀態和位置的影響；（2）俘獲電子、空穴與表面低覆蓋度分子相互作用直至生成氧氣和氫氣的完整動力學過程；（3）水溶液中生成氫氣和氧氣的動力學過程，揭示整個反應的速控步，為光催化劑的設計、改進提供理論依據和指導。
結題摘要
項目按計畫執行。主要研究內容是構建基於DFT+U研究二氧化鈦光解水機制的方案，探索提高光解水活性的方法。主要研究進展包括：(1)提出金屬原子摻雜及表面羥基化共同作用對二氧化鈦薄層材料光吸收性能及電子-空穴分離性能的提高；(2)揭示金屬原子摻雜對水解離性能的提高；(3)揭示不同金屬摻雜及摻雜濃度對析氫性能的影響；(4)揭示應力對析氫性能的影響；(5)揭示氧化鐵在非貴金屬摻雜時OER性能的提高機制；(6)揭示Co3O4納米薄片體系對二氧化碳電還原活性的提高機制；(7)揭示Rh摻雜氧化亞鈷納米薄片對碳鏈增長反應產物高選擇性的機制；(8)揭示二維材料高濃度摻雜時對化學反應通道的調控機制。這些研究成果已在Nature Nanotechnol.，Nature Commun.，ACS Catal. 等雜誌發表標註文章9篇，另有4篇在投中和整理中的結果。在國內外學術會議上做邀請報告2次。協助培養博士生1名，2名碩士生轉博。
