《紅外光解水制氫二維材料的理論研究》是依託中國科學技術大學，由付岑峰擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：紅外光解水制氫二維材料的理論研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：付岑峰
- 依託單位：中國科學技術大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
近年來，人類面臨的能源與環境問題日益嚴重。因此，通過光催化分解水制氫引起了研究者極大得興趣。相對於傳統的體相材料，二維光解水制氫材料具有比表面積大、載流子到表面遷移行程短等優點，引起了越來越多的關注。在二維材料中引入內部電場，則其有望能夠吸收紅外光分解水制氫，且由於電場的存在能夠有效的分離光生電子和空穴。本項目擬通過第一性原理計算，結合最新的實驗進展，篩選不同金屬氧化物構成的二維材料，找到能夠形成內部電場的組合。進而尋找實驗較易合成的、具有催化活性位點的二維材料，使其能夠吸收紅外光分解水制氫，且能夠有效解決光生電子和空穴的分離問題。另外，本項目的研究方法也可以套用到其他的光催化領域中，尋找更多具有紅外光活性的光催化材料。
結題摘要
目前，人們面臨著日益嚴重的能源及環境問題，開發新型清潔能源，例如光催化分解水制氫，是解決這些問題的重要途徑。相對於傳統的體相材料，二維光解水制氫材料具有比表面積大、載流子遷移速率高、載流子到表面遷移行程短等優點，這些非常有利於二維材料在光催化領域的套用。本項目按照計畫進行，研究集中在二維材料光解水制氫的理論設計，並尋找到了實驗上可合成的、能夠吸收紅外光進行完全光解水制氫的二維材料。主要研究內容包含兩個方面：（1）研究了M2X3 (M = Al, Ga, In; X = S, Se, Te)這族實驗上可合成的、具有垂直鐵電性質的二維材料在光解水制氫中的套用，發現這9種材料都能夠進行完全的光解水制氫，尤其是In2Te3可以吸收紅外光進行完全的光解水制氫，其理論預測的太陽能轉化效率極限為32.1%；（2）設計了多種過渡金屬二硫屬化物構成的二維van der Waals異質結，使它們可以在Z-scheme機制下進行完全光解水制氫，計算結果表明二維van der Waals異質結中，層間電荷轉移能夠誘導垂直電場的形成，並證實了直接Z-scheme型光解水催化劑MoTe2/CrS2能夠吸收紅外光進行完全的光解水制氫。本項目的研究為實驗上合成可吸收紅外光進行光解水制氫的材料提供了理論指導，有望使光解水制氫過程的能量轉化效率得到較大的提高。研究成果以學術論文的形式發表，已發表SCI論文5篇，包括Nano Lett. 1篇、Adv. Mater. 1篇、J. Mater. Chem. A 2篇、J. Comput. Chem. 1篇。
