新型共軛微孔聚合物的製備及其光催化水分解制氫研究

《新型共軛微孔聚合物的製備及其光催化水分解制氫研究》是依託四川大學，由任世傑擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：新型共軛微孔聚合物的製備及其光催化水分解制氫研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：任世傑
• 依託單位：四川大學

項目摘要

利用太陽能光催化水分解制氫是解決當前能源和環境問題的一條有效途徑。高效的半導體光催化水分解體系需具有強的吸光能力，適宜的頻寬和能級位置以及與水分子間豐富的界面反應位點等。共軛微孔聚合物兼具微孔聚合物和有機半導體材料的特點，具有輕質，高穩定性，強吸光，高比表面積和能級位置可調等性能。本項目擬採用偶聯縮聚反應製備不同結構的共軛微孔聚合物；通過共聚單體的選擇組合調控所得聚合物的比表面積和孔徑尺寸及分布；通過在單體中引入推拉電子結構單元等最佳化聚合物頻寬及價帶和導帶能級位置。系統研究聚合物結構、比表面積、孔徑分布、吸光強度及能級等因素對其光催化水分解制氫能力的影響，探討共軛微孔聚合物光催化制氫機制；使用多孔聚合物負載鉑、二氧化鈦納米粒子等助催化劑期望進一步提高光催化效率，研究共軛微孔聚合物與助催化劑之間的協同作用機理。本研究將為開發高效水分解制氫光催化劑提供新思路，具有重要的學術意義和實際套用價值。

結題摘要

利用太陽能光催化水分解制氫是解決當前能源和環境問題的一條有效途徑。高效的半導體光催化水分解體系需具有強的吸光能力，適宜的頻寬和能級位置以及與水分子間豐富的界面反應位點等。共軛微孔聚合物（CMPs）兼具微孔聚合物和有機半導體材料的特點，具有輕質，高穩定性，強吸光，高比表面積和能級位置可調等性能，有望成為高效的水分解制氫光催化劑。本項目採用偶聯縮聚反應製備了一系列新型共軛微孔聚合物材料，通過共聚單體的結構單元，骨架長度和官能度調控CMPs的多孔性能，通過共聚單體結構單元的改變調控所得CMPs的光物理性能和能級位置。系統研究了聚合物結構、比表面積、孔徑分布、吸光強度及能級等因素對其光催化水分解制氫能力的影響，探討共軛微孔聚合物光催化制氫機制。使用多孔聚合物負載鉑、二氧化鈦納米粒子等助催化劑進一步提高其光催化能力，研究了CMPs與共催化劑之間的協同作用機理。研究表明聚合物分子設計合理，所有聚合物均被成功合成，聚合物的多孔性能和光物理性能隨著其結構單元的不同而相應改變。對所得聚合物的光催化水分解性能進行了系統的研究，發現聚合物的吸光強度，吸光範圍，頻寬和能級位置等對其光催化水分解制氫效率有著直接的影響。同時研究了聚合物封端基團對其光學頻寬和光催化性能的影響。現有聚合物的光催化水分解制氫能力最高可達1.26 mmol/g/h，此結果與現有文獻中報導的共軛微孔聚合物的光催化制氫數據相當。採用水熱法製備了一系列不同組分的共軛微孔聚合物與二氧化鈦的複合光催化劑，研究了聚合物和二氧化鈦種類以及混合比例對所得複合物光催化性能的影響，發現二氧化鈦的加入可顯著提高共軛微孔聚合物的光催化性能，且複合體系的光穩定性較單純使用多孔聚合物有較大程度的提升。