基于Cu2-xS等离子体共振效应的光热协同作用光催化剂的设计构筑和性能研究

基本信息
批准号:21802086
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:27.50
负责人:王建军
学科分类:
依托单位:山东大学
批准年份:2018
结题年份:2021
起止时间:2019-01-01 - 2021-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:辛建平,张小飞,苏晓文,刘志贺,缪振宇,黄远
关键词:
等离子共振效应无机半导体氧化物复合物硫(氧)化物
结项摘要

Traditional energy is increasingly exhausted, and environmental problems are becoming more and more serious. Semiconductor photocatalytic technology plays an important role in solving the two world-wide problems of energy and environment. The development of efficient and stable photocatalyst is the ultimate goal of this field. Due to the low photon energy of the infrared light, it has not been fully utilized in the field of photocatalysis. Therefore, a new type of water-splitting catalyst is designed in this project. the p-n heterojunction is constructed by combining photocatalysis with photothermal effect. BiVO4 is used as the photocatalytic main body to absorb ultraviolet and visible light, and the plasma resonance characteristic of Cu2-xS is used to absorb infrared light to generate heat. special attention is paid to the influence of photothermal effect on photocatalytic performance. the direction and intensity of interfacial electric field are regulated by engineering the energy band structure to promote the separation and transfer of photo-generated electrons and holes. With the synergistic effect of photothermal effect and heterojunction effect, the photocatalytic efficiency of the composite material is improved, the relationship between photothermal effect, energy band structure, heterojunction effect and photocatalytic performance is revealed, the catalytic principle and mechanism of the heterojunction composite material are clarified, which will provide guidance for the synthesis of efficient and stable photocatalytic materials in the future and has important theoretical and practical significance.

传统能源日益枯竭,环境问题日趋严重。半导体光催化技术在解决能源和环境两个世界性问题方面具有举足轻重的地位,发展高效稳定的光催化剂是该领域的终极目标。由于红外光部分的光子能量较低,在光催化领域一直没有得到充分利用。因此,本项目设计一种新型水裂解催化剂,将光催化和光热效应相结合,构建p-n异质结,以BiVO4作为光催化主体吸收紫外和可见光,利用Cu2-xS的等离子体共振特性吸收红外光产生热量,特别关注光热效应对光催化性能的影响,通过调控材料的能带结构来调控界面电场的方向和强度,促进光生电子和空穴的分离与转移。利用光热效应和异质结效应的协同作用,提高复合材料的光催化效率,揭示光热效应、能带结构、异质结效应与光催化性能的相互关系,阐明异质结复合材料的催化原理和作用机制,为今后合成高效、稳定的光催化材料提供指导,具有重要的理论和实践意义。

项目摘要

半导体光催化技术在解决能源和环境两个世界性问题方面具有举足轻重的地位,发展高效稳定的光催化剂是该领域的终极目标。由于红外光部分的光子能量较低,在光催化领域一直没有得到充分利用。本项目主要基于光催化和光热效应协调作用,设计制备高活性和高稳定性的水分解光电催化剂。利用Cu2-xS的等离子体共振特性吸收红外光产生热量,构建了多种异质结水裂解催化剂,将光催化和光热效应相结合,研究了光热效应对催化性能的影响。通过调控材料的能带结构,调控了界面电场的方向和强度以及吸光范围,提高了太阳光谱利用范围和光生电子和空穴的分离与转移效率。揭示了光热效应、能带结构、异质结效应与催化性能之间的关系,阐明异质结复合材料的催化原理和作用机制。另外,为了加快水分解动力学过程,开发了多种高效稳定硫属化合物催化剂,为进一步提高复合材料催化性能奠定了基础。.通过项目的实施,已经发表SCI收录学术论文12篇,包括Small、Journal of Physical Chemistry C、Advanced science、Applied catalysis B.等杂志。申请中国发明专利5项,已授权3项。培养研究生10名,已经毕业博士研究生2名和硕士研究生2名,2022年6月将毕业博士研究生2名和硕士研究生4名。参加相关学术会议10人次。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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