基于二维氧缺陷材料本征热力学性质的光催化热力学/动力学及机理的缺陷效应研究

The thermodynamics / kinetics and mechanism of photocatalysis of two-dimensional oxygen deficient materials are determined by some intrinsic thermodynamic properties , such as the surface thermodynamic properties / band gap / conduction band potential and intrinsic thermodynamic properties of electron system / valence band hole potential and hole system of it. The selection of scientific theory, method andtechnique to obtain thermodynamic and kinetic information of photocatalytic defect effect, and reveal the mechanism of defeat effect is an important subject in photocatalysis fields. The relevant research plays an important guiding role in optimizing the design of photocatalytic materials and developing two-dimensional material chemistry. The research results have important scientific significance for optimizing the design of photocatalytic materials and developing two-dimensional material chemistry. The project applied the technology of Photo-Microcalorimetry combined with Spectroscopy to study the effect of surface thermodynamics, band gap, conduction band potential, hole potential, conduction band electron system and valence band hole system on the thermodynamics and kinetics of photocatalytic process. At the same time, we explored the defect effect law and quantitative relationship between thermodynamics and kinetics of photocatalysis, and we associated the thermodynamics and kinetics of surface defect and photocatalysis of two-dimensional materials to study . Moreover, we developed the defect photocatalysis model of thermal kinetic and spectral kinetic according to the reaction mechanism and kinetics of photocatalytic electron system and hole system,which is associated with the in-situ thermodynamics and spectral kinetics. The results of the results will provide theoretical and technical support for the defect thermodynamics of two-dimensional materials and defect effect of two-dimensional photocatalysis, and will enrich and develop the scientific connotation and application of two-dimensional defective materials.

二维氧缺陷材料的表面热力学性质/带隙/导带电位及电子体系/价带空穴电位及空穴体系等本征热力学性质决定其光催化的热力学/动力学及机理。采用何种科学的方法获取光催化缺陷效应的热力学和动力学信息，揭示缺陷效应的机理是光催化的重要课题，研究成果对于优化光催化材料的设计、发展二维材料化学具有重要的科学意义。项目采用光微量热-光谱联用技术，研究二维缺陷材料的表面热力学、带隙、导带电位、空穴电位、导带电子体系、价带空穴体系等对光催化过程热力学及动力学影响的缺陷效应特征，探索光催化热力学与动力学的缺陷效应规律及定量关系；关联二维材料表面缺陷热力学与光催化的热力学及动力学；根据光催化电子体系和空穴体系的反应机理及其动力学建立缺陷光催化的热动力学模型和光谱动力学模型，关联原位热动力学和光谱动力学。研究结果为二维材料缺陷热力学和二维材料光催化的缺陷效应提供理论和技术支撑，丰富和发展二维缺陷材料的科学内涵及应用。

能源与环境一直是全世界十分关注的两大热点问题，随着社会高的速发展能源危机和环境问题日益突出，已成为制约人类社会可持续发展的主要因素。分子在催化剂表面发生吸附或反应决定其表面的组成、几何结构、原子结构和电子结构，材料表面的表面热力学性质是表面结构的综合反映。.本项目精确设计构筑多种多尺度形貌结构纳米材料，系统的对其的规定热力学函数的尺寸形貌结构效应进行了深入研究。通过反应热力学、溶解热力学、反应动力学、反应热力学结合反应动力学，获取了纳米材料的摩尔表面热力学性质、偏摩尔表面热力学性质、比表面热力学性质的尺寸形貌结构和温度效应规律，发现纳米材料的表面热容具有临界尺寸效应且与不同形貌有关。同时我们建立了多尺度晶体反应热力学、动力学及电化学的纳米体系理论模型并进行实验验证；揭示了微纳米体系反应热力学、动力学、电化学的表面热力学机制；创建了纳米表面热力学性质研究理论结合实验的新方法。其次通过我们自主设计的“光-微量热仪器装置”和“光-微量热-荧光光谱联用系统”，建立光催化热力学、动力学及机理系统完整表征的新方法，获得了光催化原位过程热力学和热动力学的规律及热动力学机理的信息特征；原位研究光催化过程的热力学、动力学、光谱动力学及机理，研究了系列同一形貌不同尺寸、同一材料不同形貌晶面以及不同复合光催化剂的原位光催化表面物理化学过程，发现光催化是由表面热力学决定的。研究结果为二维材料缺陷热力学和二维材料光催化的缺陷效应提供理论和技术支撑，丰富和发展二维缺陷材料的科学内涵及应用。 .出版学术专著1部；自治区自然科学二等奖1项；发表期刊论文18篇；参加国内外学术合作交流会议50人次，会议报告9人次、学术会议论文17篇、会议墙展17篇、优秀墙报奖1项；申请和授权国家专利37项；指导研究生5名、本科生44名；指导学生参加“互联网+”“挑战杯”各类竞赛或省级奖项19项，其中在互联网+比赛中指导本科生获国家金奖1项、银奖1项，铜奖2项。