石墨烯光電催化制氫超分子複合體系的構築

《石墨烯光電催化制氫超分子複合體系的構築》是依託中國科學院理化技術研究所，由馮科擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：石墨烯光電催化制氫超分子複合體系的構築
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：馮科
• 依託單位：中國科學院理化技術研究所

項目摘要

實現太陽能向氫能的大規模有效轉化，是從根本上解決人類經濟和社會可持續發展核心能源問題的重要可行方案之一。現有太陽能光電催化制氫技術一直受到貴金屬產氫催化劑經濟性差、催化劑與光敏材料體系整合難度高的制約，因此，進一步研發廉價、高效的光(電)驅產氫體系是解決實用化問題的關鍵。本項目擬構築石墨烯光電催化產氫超分子複合體系。將銨基正離子、苯磺酸基負離子、水溶性高分子中性鏈段、膦配體及巰基等各種基團引入石墨烯，拓展一系列高效、實用的石墨烯化學修飾方法。通過化學修飾、物理吸附、分子組裝等多種手段在石墨烯上引入氫化酶、量子點、鐵/鈷/鎳/銅等廉價金屬配合物催化劑、小分子光敏染料等功能化單元，發展新型石墨烯超分子複合體系和電極的製備方法，構築原型器件，並通過各種官能團結構調節催化單元與敏化單元之間的能帶匹配程度，提高效率，開創一類重複性好、低成本、且具有一定實用價值的光電催化制氫技術。

結題摘要

針對太陽能光電催化制氫技術一直受到貴金屬產氫催化劑經濟性差、催化劑與光敏材料體系整合難度高的制約，本項目藉助石墨烯優異的電子傳輸、延遲、中繼性能，構築了多個石墨烯光電催化產氫超分子複合體系。利用環氧氨解反應，我們拓展了一類簡單、高效、實用的石墨烯“濕化學”修飾方法，能夠將銨基正離子、苯磺酸基負離子、聚醚胺Jeffamine® M高分子中性鏈段、寡肽序列等各種基團引入石墨烯表面，得到具有良好溶液製程特性的石墨烯材料，能夠分別採用旋塗-乾燥-高溫燒結或層層組裝方式得到石墨烯複合電極。通過化學修飾、物理吸附、分子組裝等多種手段，我們在石墨烯上引入了量子點、鎳/鈷/鐵/錳等廉價金屬配合物催化劑、小分子光敏染料等功能化單元，發展了石墨烯超分子複合體系的製備方法，組合構築了可光電催化制氫的原型器件，通過調節官能團結構調節單元能帶，最佳化了催化單元與敏化單元之間的能帶匹配，提高了原型器件的光電催化制氫效率，開創了一類重複性好、低成本、且具有一定實用價值的光電催化制氫技術。