可見光催化分解水制氫共軛微孔聚合物研究

《可見光催化分解水制氫共軛微孔聚合物研究》是依託陝西師範大學，由蔣加興擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：可見光催化分解水制氫共軛微孔聚合物研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：蔣加興
• 依託單位：陝西師範大學

項目摘要

針對目前光催化分解水制氫量子效率低及可見光波段回響弱等核心問題，本項目擬利用共軛微孔聚合物獨特的共軛結構、高的比表面積、易功能化修飾和能隙頻寬易調控等特點，提出全有機共軛微孔聚合物用於可見光催化分解水制氫的新思路。擬通過選用具有空間扭曲和平面結構的構建模組，實現共軛微孔聚合物比表面積的有效調控；採用化學共聚方式將窄帶隙基元引入到大分子骨架中，實現共軛微孔聚合物對可見光的有效吸收；將具有電子或空穴傳輸性能的結構單元引入到聚合物主鏈中，提高共軛微孔聚合物光生電子和空穴的輸運和分離能力；通過最佳化分子設計和反應條件，構建具有可見光波段回響的高效光催化分解水制氫共軛微孔聚合物的製備新技術；系統研究製備聚合物骨架結構、比表面積、能隙頻寬和光催化反應條件等因素對光催化分解水制氫性能的影響，揭示共軛微孔聚合物光催化分解水制氫的理論機制。本研究將為開發具有高性能可見光回響的有機聚合物光催化劑提供新思路。

結題摘要

氫能由於其綠色無污染、可持續發展及燃燒值高等優點而受到了廣泛關注。利用太陽能光催化分解水制氫被認為是一種極具套用潛力的制氫技術。在過去的近四十年里，絕大多數的光催化劑主要是基於無機半導體材料，然而，大部分無機半導體光催化劑存在可見光波段光催化活性低、製備條件苛刻及受制於有限的稀有元素等問題。基於此，本研究課題利用共軛微孔聚合物獨特的共軛結構、高的比表面積、優良的物理化學穩定性和能隙頻寬易調控等特點，提出“全有機”共軛微孔聚合物用於可見光催化分解水制氫的新思路。 本研究以有效提高共軛微孔聚合物的光催化分解水制氫性能為核心目標，圍繞共軛微孔聚合物的結構與光催化制氫性能之間的內在聯繫展開研究工作。設計合成了系列具有不同拓撲結構和比表面積的共軛微孔聚合物光催化劑，並研究了聚合物的拓撲結構和比表面積對光催化性能的影響；構築了D-A（給體-受體）型的共軛微孔聚合物光催化劑，系統研究了給體和受體的含量對光催化性能的影響；構建了具有電子推拉體系的共軛聚合物光催化劑，考察了受體單元的拉電子能力對光催化性能的影響；將具有強吸電子能力的苯並噻吩二酮引入到共軛微孔聚合的骨架中，提高了光生電子和空穴的有效分離，大幅度提高了製備共軛微孔聚合物的光催化制氫活性，並深入系統研究了該類聚合物的共平面特性、聯結位置及取代基性質等對光催化性能的影響；開發了一類具有雙碸功能基團的新型共軛微孔聚合物光催化劑，並研究了聚合物的幾何結構對光催化性能的影響；發展了一類具有高光催化活性的複合型光催化劑，研究了影響複合型光催化劑光催化性能的結構因素。通過該研究，獲得了影響共軛微孔聚合物光催化分解水制氫性能的關鍵因素，揭示了有機共軛微孔聚合物光催化分解水制氫的內在機制；進一步通過最佳化分子設計，開發了一類具有高可見光催化分解水制氫活性的新型共軛微孔聚合物，其產氫速率達到18.93 mmol/h/g。本研究工作為開發具有高性能可見光回響的有機聚合物光催化劑提供了新思路。