可见光响应单相多元氧化物/石墨烯复合纳米光催化剂的可控制备及其光解水性能研究

Solar water splitting for H2 production technology is one of the most promising approaches to realize a hydrogen energy economy. The single-phase complex oxides nanostructures with visible-light-driven photocatalytic hydrogen production plays an important role in the development of technology because of their advantages in high stability, smooth energy band, broad visable-light absorption range. However, the low conversion efficency always hinder stongly their application. In this project, we will choose the four kinds of representatively single-phase complex oxides nanostructures with visible-light-driven photocatalytic hydrogen production as research objects, deeply study the effects of reaction conditions on the growth of single-phase complex oxides nanostructures; the effects of characteristics of single-phase complex oxide nanostructures and graphene on the visible-light-driven photocatalytic hydrogen production performance of their composite system; the controllable regulation and kinetic (or thermodynamic) law of excitation, migration and transformation of photon-generated carrier of nanocomposites in the process of photocatalytic hydrogen production, realize the selection and optimization of high-efficency single-phase complex oxides nanostructures/graphite with visible-light-driven photocatalytic hydrogen production, establish a steady theoretical foundation and provide a suitable structure system for the development of ideal photocatalysts with water splitting for hydrogen production.

太阳能光解水制氢技术是获取氢能的最理想途径之一。可见光响应单相多元氧化物分解水制氢光催化剂因其稳定性高、价带连续、可见光吸收范围宽的优点在该技术研究领域中占有重要地位。提高制氢效率以达到实际应用水平是该类材料研究面临的主要问题。本项目拟选用四类具有代表性的可见光分解水单相多元氧化物纳米材料与石墨烯构筑复合光催化体系，深入研究低温液相法反应条件对具有可见光分解水制氢功能单相多元氧化物纳米材料生长的调控规律；单相多元氧化物纳米材料与石墨烯各自特征对复合体系结构及其可见光分解水性能的影响规律；可见光分解水过程中石墨烯复合体系光生载流子定向激发、迁移与转化过程的调控规律及其反应的热力学与动力学规律，以实现高效可见光响应单相多元氧化物/石墨烯纳米光催化体系的筛选和优化，为开发具有实际应用价值的理想光分解水催化剂奠定坚实的理论基础和提供合适的结构体系。

可见光响应单相多元氧化物具有稳定性高、价带连续、可见光吸收范围宽的优点在光催化分解水制氢领域中占有重要地位。提高制氢效率以达到实际应用水平是该类材料研究面临的主要问题。针对课题研究内容和预期目标，我们通过液相法合成出了大量形貌新颖的单相氧化物与石墨烯构筑的异质纳米材料，我们选用了多种具有代表性的可见光分解水单相多元氧化物纳米材料与石墨烯构筑复合光催化体系，深入研究了低温液相法反应条件对具有可见光分解水制氢功能单相多元氧化物纳米材料生长的调控规律；单相多元氧化物纳米材料与石墨烯各自特征对复合体系结构及其可见光分解水性能的影响规律；可见光分解水过程中石墨烯复合体系光生载流子定向激发、迁移与转化过程的调控规律及其反应的热力学与动力学规律，以实现高效可见光响应单相多元氧化物/石墨烯纳米光催化体系的筛选和优化，为开发具有实际应用价值的理想光分解水催化剂奠定坚实的理论基础和提供合适的结构体系。开发了一些列单相氧化物异质纳米材料用于光催化降解水体中有机污染。研究结果表明，具有这些异质纳米材料在分解水制氢、有机污染物去除、电化学方面都有优异的性能。. 总之，我们在该项目执行期间，获得了大量较有价值的研究成果。目前已发表与本项目相关SCI学术论文58篇，申请专利5项。