《新型硼碳氮三元化合物的高效光催化制氫性能研究》是依託福州大學，由黃彩進擔任項目負責人的聯合基金項目。
基本介紹
- 中文名：新型硼碳氮三元化合物的高效光催化制氫性能研究
- 依託單位：福州大學
- 項目類別：聯合基金項目
- 項目負責人：黃彩進
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
氫能源被視為21世紀最具發展潛力的清潔能源。光催化分解水制氫是一種重要的且有工業套用前景的制氫途徑，也是光催化的重要研究方向。發展高光量子效率、高穩定性及廉價光催化劑和構建高效反應系統是研究核心。近年來，由非金屬元素構成的新型光催化劑（如g-C3N4）由於具有價格低廉、環境友好、元素豐度高等特點而倍受關注。在前期工作中，我們成功地通過高溫法製備出硼碳氮三元共聚物BCN半導體，初步開展了理論計算和光催化實驗研究工作，發現BCN的能帶結構與材料的碳、氮、硼的比例密切相關，在可見光照射下和電子助劑存在下，該三元固溶體具有很好穩定性和光催化制氫活性。但是我們也同時發現BCN半導體在光催化套用中還存在一些關鍵問題需要深入研究。為此，本課題擬進一步研究材料的構-效關係及其調控規律、光催化作用本質及反應機理，提高其光催化制氫性能，拓展BCN半導體光催化在能源、環境和化工等眾多領域的工業化套用。
結題摘要
BCN是頻寬可調的非金屬半導體，具有類石墨烯的二維材料, 是一種新型的非金屬層狀光催化劑，具有很好光催化產氫和CO2還原性能。根據前期探索結果，本項目基於光催化劑的理性設計，圍繞預定的研究計畫進行，採用離子摻雜、異質結構建及結構重建等策略最佳化光催化劑。重點研究內容及成果如下：（1）嘗試了多種離子摻雜BCN材料。發現鹵族元素相對容易摻雜，其中F摻雜顯現較好的光催化活性。（2）研究了BCN材料異質結構建。進行原位BCN負載CdS，雖然其光催化產氫活性提高不明顯，但是表現出比較好的光催化還原CO2活性。（3）對BCN材料進一步結構調控。通過對BCN材料進行簡單的高溫後退火修飾，有效提高了其結構的有序性，實現高效的光催化選擇性氧化芳香醇。（4）較為系統地研究了新型高效光催化助劑NiSex、NiS等。構建NiSex與TiO2、CdS、CdMnS等異質結結構，發現複合材料的光催化產氫活性具有明顯地提高。比如：NiSe/Mn0.5Cd0.5S異質結，有效提高了光解水產氫的活性，最佳產氫值高達28.08 mmol/h/g，且高於1 wt% Pt/Mn0.5Cd0.5S（24.22 mmol/h/g）。NiS/CdS複合催化劑明顯的表現出增強的光催化產氫活性（可達500μmol h−1mg−1），是一種非常不錯的產氫光催化劑，有望於實際套用。（5）探索了幾個新穎結構的光催化劑（如核殼結構的Co@BN納米顆粒、ZnIn2S4基光催化劑）的光解水制氫。初步實驗表明其具有良好的光催化分解水產氫性能。截至目前，在國際期刊ACS Catalysis、ChemSusChem、Applied catalysis B、ChemCatChem、Catalysis Today、Chemistry - A European Journal等刊物上發表13篇文章；獲國家發明專利授權3項。需要說明的是，在項目的研究中我們取得一定的進展，但是由於項目研究時間限制以及光催化劑、光催化反應條件的最佳化以及文章發表過程、專利的申請需要時間，這些研究還是處在探索中或者數據在整理當中。本工作目前雖然結題，但是有一些相關工作以及其結果的發表還在繼續中。
