(C3N3S3)x基有机聚合物半导体可见光水分解制氢催化剂及作用机制探索

太阳光诱导水分解产氢是极具诱惑力和挑战性的问题，高效光催化剂的设计合成和作用机制是研究焦点，而有机聚合体多相光催化材料是一个新探索方向。本项目提出采用双硫或单硫键聚联均三嗪环来构建具有大Π键结构、能吸收可见光和有强电子传递能力的（C3N3S3)x基聚合物光催化剂新思路，将详细研究材料的优化制备，光吸收性能、电子结构、光激发特性、氧化还原特性、硫化学状态及其对水的可见光分解性能，揭示（C3N3S3)x材料聚合度、电子结构和光催化性能之间的相互关系，阐明材料光解水产氢作用机制；探讨活性稳定性及其改进途径；探索通过组成和结构的调变、天线式接枝表面修饰、与金属形成配位聚合物和与无机半导体形成敏化复合体等途径提高活性和改进稳定性的方法；并扩展探索材料在H2S光催化分解、有机物选择性氧化或还原及空气和水净化等方面的性能。该研究对丰富光催化科学基础，发展新种类聚合物光催化材料有十分重要的意义。

本项目针对水分解产氢高效光催化剂的设计合成与作用机制这一难题，在有机聚合体多相光催化材料的探索开发方面开展了系列研究工作，研究取得了如下主要进展：（1）详细研究了(C3N3S3)x聚合物光催化剂的控制制备和光催化分解水产氢机理，表征了所得聚合物的光吸收性能、电子结构、光激发特性、硫的化学状态、氧化还原特性等化学、物理性质，揭示了催化剂聚合度、电子结构和光催化性能之间的本质联系，阐明了光诱导光催化产氢机理。研究结果已出版在《Chemical Science》, 2011, 2, 1826-1830。（2）详细研究了Cd3(C3N3S3)2 等多种(C3N3S3)x的金属有机配聚物的控制制备和H2O2的光催化合成性能，表征了这些金属有机配聚物的晶相结构、形貌特征、光吸收性能、光激发特性、电化学特性、可见光催化合成H2O2活性等物理化学性质，揭示了他们的构效关系。研究成果已申请了中国发明专利（专利申请公开号：CN103170368A）.（3）研究了(C3N3S3)x与石墨烯复合光催化剂的控制制备与可见光光催化选择性氧化苯甲醇制苯甲醛性能，详细表征了该复合催化剂的织构特性、结构特征、光吸收性能、光激发特性、氧化还原特性等化学、物理性质，揭示了该复合催化剂可见光催化活性提高的物理机制。研究成果已申请了中国发明专利（专利申请号：201310636239.3）.（4）研究了胺功能化的锆基微孔有机金属配合物的可见光光催化选择性氧化性能，表征了这种Zr-MOF-NH2材料的光吸收性能、织构和结构特征、电化学性质、光激发特性、精细化学品的光催化合成特性等化学、物理性质，揭示了Zr-MOF-NH2材料的光催化本质。研究结果已出版在《Chemical Communication》, 2012, 48, 11656-11658。这些研究结果对发展新种类聚合物光催化材料具有非常重要参考价值，对丰富光催化科学基础具有十分重要意义。