《同步輻射研究石墨烯與氧化物複合納米片光催化機理》是依託中國科學技術大學，由程位任擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：同步輻射研究石墨烯與氧化物複合納米片光催化機理
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：程位任
- 依託單位：中國科學技術大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
“能源危機”已成為當今世界經濟持續發展的重大難題，發展新型高效的光催化材料利用光催化水分解把太陽能轉變成氫能是解決人類未來能源的重要途徑，但是目前在提升光催化劑的光生載流子有效分離和遷移以及了解表面催化反應機理等方面遇到了很大挑戰。為此，本項目擬將羥基氧化物半導體納米片與石墨烯複合，通過界面耦合作用將光生電子快速引出從而加速光生載流子的分離，提高其光催化水分解效率。利用原位同步輻射X射線吸收譜學技術研究光催化過程中羥基氧化物/石墨烯複合納米片金屬催化活性中心的局域原子和電子結構，闡明石墨烯耦合對光催化劑局域原子和電子結構的影響以及載流子遷移的調製作用，並結合第一性原理理論計算，深入認識羥基氧化物/石墨烯複合納米片光催化水分解反應機理。該項目的開展將為進一步設計可控合成高效穩定的光解水催化劑材料提供實驗依據和理論指導。
結題摘要
能源和環境是21世紀人類面臨的兩大基本問題，構建新型高效的光催化材料將太陽能轉變成氫能是解決能源和環境問題的重要途徑。為了實現從分子原子水平上設計和構建高效的光催化劑，需要深入認識光催化過程中催化劑表面微觀結構變化和催化反應機理。本項目採用自下而上的策略合成超薄的複合過渡金屬氧化物基納米片，利用超薄納米片之間的電荷耦合作用，顯著提升複合納米片材料的光電性能。利用同步輻射XAFS技術結合XPS、電化學表征等其他實驗手段，研究不同過渡金屬氧化物基複合納米片體系光催化反應過程中，催化反應活性中心的局域結構、電子結構及其變化規律，深入探討催化劑光解水的反應機理。第一性原理計算分析水分子在催化劑表面的解離路徑，結契約步輻射XAFS實驗結果研究水分子解離與催化活性中心結構演變的關聯，從實驗和理論兩方面深入認過渡金屬氧化物基複合納米片催化活性來源以及催化反應機理。為最佳化設計和可控合成高效穩定過渡金屬基光催化材料提供實驗依據和理論指導。
