《基於單晶光子晶體的人工光合作用CO2資源化利用》是依託復旦大學，由鄭秀珍擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於單晶光子晶體的人工光合作用CO2資源化利用
- 依託單位：復旦大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：鄭秀珍
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本課題擬以α-Fe2O3、BiVO4、Cu2O等單晶光子晶體為電極材料，利用光電催化技術將CO2轉化為碳氫燃料，為溫室氣體減排提供一個新的途徑。利用光子晶體能同時調控電子和光子的特點，通過調節光子的反射、吸收與透射和界面電子的轉移特性，抑制光生載流子的輻射複合，從而有效提高人工光合成還原CO2的量子效率和太陽能利用率。通過理論計算和實驗研究發現，在具有規則暴露晶面的光電極材料上，不同晶面可富集光生空穴或光生電子而產生電荷空間分離效應，有利於光電催化活性的提高。本研究通過探索選擇性晶面暴露的光子晶體對光電催化還原CO2性能的影響，進一步加深對人工光合成還原CO2作用機理的研究，為開發出具有高效寬光譜回響的的光電極材料提供可能的理論依據。
結題摘要
環境污染及能源危機是當今人類面臨和亟待解決的重要課題。通過電化學的方法將CO2還原為碳氫燃料是解決能源與環境問題的重要途徑之一，並受到國內外的廣泛關注。由於Cu電極的還原效率較低，我們採用Cu光子晶體結構作為電極，通過增強電極對CO2的吸附作用和反應活性位點，來提高電化學還原CO2的活性和產物選擇性。同時，通過金屬複合的方式對Cu光子晶體進行修飾，利用不同金屬具有不同的析氫電位與吸附能力來增強電子的傳輸能力及中間產物的穩定性，進而提高Cu光子晶體電化學還原CO2的效率。結合原位拉曼、原位紅外、理論計算（DFT）以及時域有限差分（FDTD）模擬結構的電磁場分布等表征，揭示了中間產物在光子晶體上的變化以及多碳產物的形成歷程。本研究揭示了CO2在光子晶體電極上的化學反應動力學行為，對電化學還原CO2的機理研究和套用具有重要意義。
