《金屬有機骨架的光電轉換套用》是依託中國科學技術大學，由劉波擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：金屬有機骨架的光電轉換套用
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：劉波
- 依託單位：中國科學技術大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
如何滿足人們日益增長的能源需求是當前人類面對的重大挑戰之一。金屬有機骨架（MOFs）作為一類由有機配體和無機建築模組（SBUs）組成的多功能高孔化合物，已經顯示出轉換太陽能為電能/化學能的前景。由金屬-氧組成的具有納米尺寸的SBU量子點可以展現出與其對應氧化物相似的半導體性質。在有機配體的最低未占據分子軌道能級高於SBUs量子點的導帶能級的條件下，配體中光激發的電子可以轉移到SBUs上從而形成電荷分離。將這種光生電子導入外電路即可以產生電流實現廣電轉換。這與染料敏化太陽能電池的工作原理相似。具有光電轉換性能的MOF材料可以作為整體用以取代DSSC中的半導體和染料分子兩種主要組成，用以光電轉換。本項目將合理設計，系統合成具有光電轉換性能的金屬有機骨架，並組裝其進入光電化學電池以轉換太陽能為電能。此課題將在MOF的光電轉換套用領域作出創新性探索研究。
結題摘要
金屬氧簇化合物結構多變，性質各異，在工業上有廣泛的套用。對金屬氧簇的研究集中在鉬鎢釩等可變價金屬的多酸化合物領域，而鈦氧簇合物的研究遠遠落後。鈦氧簇合物可以作為理想的二氧化鈦複合物的結構模型，同時可以作為二級結構單元構築具有更複雜結構的材料，如金屬有機骨架化合物。但已經報導的鈦氧簇合物在穩定性，光活性等方面都有諸多不足。因此本項目的主要目標在於製備表征具有高度穩定性以及良好光活性的金屬鈦氧簇合物，套用用於光催化，光電轉換等方面。通過合理設計，合成了一系列具有光活性的金屬氧簇合物單晶材料。並通過改變摻雜的過渡金屬種類和有機終端配體的類型進行合成調控，提高了單晶材料的酸鹼穩定性，擴展了光吸收範圍，並且在可見光下具有較高的光催化產氫性能和有機物降解性能；合成報導了首例具有近紅外光催化活性的鉻摻雜的鈦氧簇[Ti12Cr6O18(OOCC6H5)30]，其在可見光區和近紅外光區都展現出光催化產氫和光電轉換的性質；利用鈦氧簇單晶結構建立模型並利用理論計算闡明電荷的傳遞機制。同時，我們也合成表征了具有目前為止具有最高核數鋯氧簇合物[Zr18O21(OH)2(OOCPh)28]，其展現出一定條件下的穩定性和光催化活性。本項目的實施為簇合物尤其是鈦氧簇合物材料的可控合成設計和套用提供新思路和路徑。
