硫摻雜氮化碳的助催化劑改性及其光解水產氧性能研究

《硫摻雜氮化碳的助催化劑改性及其光解水產氧性能研究》是依託福州大學，由王心晨擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：硫摻雜氮化碳的助催化劑改性及其光解水產氧性能研究
• 依託單位：福州大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：王心晨

項目摘要

針對光催化氧化水半反應量子效率低而難以實現太陽光分解水高效制氫的重大難題，基於我們對石墨相氮化碳聚合物半導體光催化體系的研究發現-硫摻雜或金屬組分修飾可極大提高氮化碳對水的光催化氧化效率，提出把硫摻雜、金屬組分修飾同時作用到氮化碳可見光催化劑，製備新型氮化碳基複合光催化劑並套用於光催化氧化水析氧反應；系統考察不同金屬組分修飾的硫摻雜氮化碳聚合物半導體的光催化氧化水性能；詳細表征催化劑的光吸收特性、表面及體相化學組成、活性中心的空間結構和電子構型、水分子在催化劑表面的吸附行為和化學狀態；研究硫摻雜和金屬組分修飾對光生電子-空穴對的分離及界面遷移、催化劑表面羥基自由基和超氧負離子自由基以及過氧化氫等活性氧物種的形成、反應最終產物分布等的影響，揭示複合改性促進可見光誘導下催化氧化過程的微觀本質。該研究對開發新型聚合物半導體可見光催化劑、促進光催化分解水制氫技術的規模套用具有重要的理論和實際意義。

結題摘要

在資助期內，按照項目任務書的研究內容，我們針對光催化氧化水半反應量子效率低而難以實現太陽光分解水高效制氫的重大難題，開展了石墨相氮化碳聚合物半導體光催化體系的系統研究，在硫摻雜氮化碳的合成新方法、氮化碳的組成和結構調控、高效產氧助催化劑的製備等方面都取得了重要研究進展。將硫摻雜、金屬組分修飾同時作用到氮化碳可見光催化劑，製備了新型氮化碳基複合光催化劑並套用於光催化氧化水析氧反應；系統考察不同金屬組分修飾的硫摻雜氮化碳聚合物半導體的光催化氧化水性能；詳細表征催化劑的光吸收特性、表面及體相化學組成、活性中心的空間結構和電子構型、水分子在催化劑表面的吸附行為和化學狀態；研究硫摻雜和金屬組分修飾對光生電子-空穴對的分離及界面遷移、催化劑表面羥基自由基和超氧負離子自由基以及過氧化氫等活性氧物種的形成、反應最終產物分布等的影響，揭示複合改性促進可見光誘導下催化氧化過程的微觀本質。該研究成果對開發新型聚合物半導體可見光催化劑、促進光催化分解水技術的規模套用具有重要的理論和實際意義。 在項目執行過程中，已發表SCI論文55篇，代表性文章有 《Nat. Commun.》1篇、《Angew. Chem. Int. Ed.》8篇、《Adv. Mater.》3篇、《Energy Environ. Sci.》1篇。積極開展學術交流和人才培養，聯合舉辦了“福州大學-日本大阪府立大學第二屆國際研討會—光催化，光功能材料及納米科學與技術國際學術研討會”，邀請了40餘位國內外專家學者到實驗室訪問並作學術報告，積極支持研究生參加國際和國內的相關學術會議。研究骨幹中1人獲國家傑出青年科學基金併入選“萬人計畫”領軍人才，培養了7名博士生和2名碩士研究生，研究生們獲得了盧嘉錫基金會優秀研究生獎、寶鋼優秀研究生獎、國家研究生獎學金、福州大學博士生科技創新專項基金、福州大學研究生優秀學業獎學金、福州大學優秀畢業生等多項榮譽。 總之，本項目圓滿完成了各項任務，在科研成果、學術交流和人才培養等方面都取得了重要進展和創新性成果。