《多孔SiC及Si1-xGexC固溶體的液相合成與光催化性能研究》是依託上海交通大學，由宰建陶擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：多孔SiC及Si1-xGexC固溶體的液相合成與光催化性能研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：宰建陶
- 依託單位：上海交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
光催化還原CO2可同時緩解溫室效應和能源危機，日益受到人們的重視。SiC具有光生電子還原能力強、化學穩定性好等特點，是一種性能優良的光催還原CO2的催化劑。而大比表面積的多孔SiC可有效地提高其光催化性能。本項目以人工光合作用為研究背景，以大比表面積多孔SiC的液相合成為切入點，利用原位生成的無機鹽納米晶為模板，設計合成結晶性、比表面積、孔結構、半導體類型和能帶結構等可調的多孔SiC材料，認識其形成機理。在此基礎上，通過製備組成可控的Si1-xGexC固溶體調節其能帶結構和光吸收性質。並以光催化還原CO2為指針，系統研究電子和物質在多孔SiC及Si1-xGexC固溶體中的行為和傳輸（擴散）規律，建立多孔材料組成、結構、電子傳輸（物質擴散）規律和性能之間的關係模型，為開發高效光催化劑提供依據。
結題摘要
本項目以大比表面積多孔碳化矽的液相合成為主要研究目標。在矽-碳物質轉化規律指導下，通過反應體系的設計，以氯化鈉-氯化鉀為模板，利用鈉鉀合金強還原劑克服了碳化矽物相生成所需的巨大能量，合成了非晶大比表面積多孔SiC及其Si1-xGexC；在此基礎上通過引入結晶催化劑和提高反應溫度，促進了碳化矽物相的形成，成功製備出高結晶性多孔碳化矽材料。系統研究液相體系中前驅體、溶劑和結晶催化劑等對產物的組成、結晶性、比表面積和孔結構的影響，對多孔SiC及Si1-xGexC固溶體合成的關鍵問題和形成機理有了一個初步的認識。進一步研究了B、P摻雜對碳化矽形貌、晶相和能帶結構的影響。光催化研究表明低溫製備的結晶碳化矽表面存在大量的非晶結構和缺陷，嚴重影響了其催化活性；且熱處理、強酸氧化和鹼刻蝕等手段對非晶部分處理效果不理想。利用其大比表面積和耐熱、酸鹼的特性，將其發展為催化劑載體，探究了多孔碳化矽在甲醇裂解反應中的套用。項目組還將鹽模板策略拓展套用於其他多孔碳化物和多孔石墨類複合材料的控制合成，並探究了這些材料在長壽命電催化析氧和鋰電池負極領域的套用。反向運用碳化矽生成轉化規律的認識，通過理性設計有效避免了矽碳複合材料中碳化矽的生成，提高了矽碳複合材料的儲鋰性能。 在重要刊物上已發表15篇學術論文，申報7項國家發明專利，授權發明專利4項。已培養博士研究生4人，其中已有2人獲得博士學位；培養碩士研究生4人，其中3人已獲得碩士學位。
