厲害!同濟黨員費泓涵團隊在光催化分解水研究上取得重要成果

2021-01-08 澎湃新聞
厲害！同濟黨員費泓涵團隊在光催化分解水研究上取得重要成果

2020-11-29 09:00 來源：澎湃新聞·澎湃號·政務

利用太陽光一步法光催化全解水產氫（不添加任何犧牲劑條件下將水分解成2:1的H2和O2）是最簡單和經濟的綠色制氫方案之一。鑑於該過程是熱力學爬坡反應且涉及多電子轉移，被認為是化學領域一大「聖杯式」難題。迄今為止，僅極少數單組份半導體光催化劑可通過一步法初步實現該反應。金屬滷族結構可通過滷素離子調控能帶結構，具有優異的載流子遷移機制，有潛力解決該難題。

近日，國際頂尖學術雜誌《Nature Catalysis》在線發表同濟大學化學科學與工程學院費泓涵教授團隊的最新研究成果「Overall photocatalytic water splitting by an organolead iodide crystalline material」，致公黨同濟大學支部黨員費泓涵為唯一通訊作者，博士研究生宋雪玲與副教授韋廣豐老師為共同第一作者，同濟大學化學科學與工程學院為唯一通訊單位。

費泓涵課題組近年來致力於陽離子型金屬滷族基元的光化學性質研究，使用陰離子結構導向劑已構築了陽離子型一維滷化鉛鏈（Pb2X3+, Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 7818）、二維滷化鉛層（Pb2X22+, Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 14411）和三維滷化鉛骨架（Pb4Br62+, Chem. Sci. 2018, 1627）。這類陽離子型結構基元具有高的Pb:X比例和高配位橋連滷素離子，表現出優異的水熱穩定性和光穩定性，並顯示出與部分滷化鉛鈣鈦礦類似的光生載流子性質，但吸收帶邊均位於紫外光區域。

日前，課題組報導了一例可見光響應的有機碘化鉛晶態材料[Pb8I8(H2O)3]8+ （TJU-16）。實驗結果和DFT理論計算表明，Pb-羧酸配位作用與層內的高配位橋連碘離子使TJU-16在寬pH範圍和沸水條件下保持高結晶度。TJU-16的吸收帶邊達到480 nm，且價帶頂和導帶底位置同時滿足質子還原和水氧化兩個半反應所需電位。霍爾效應和瞬態螢光測試研究表明該材料具有長的載流子遷移距離（0.4~1.4 μm），與甲基胺鈣鈦礦相當，優於眾多無機半導體光催化劑。TJU-16在AM1.5G模擬太陽光照射下，無需任何犧牲劑和共催化劑即能在三小時內穩定分解水產生H2和O2，析氫速率為13 μmol g-1 h-1，化學計量摩爾比為1.9 : 1，幾乎與水分解的理論值相同。為了進一步提高催化效率，研究人員通過光沉積的方法將Rh助催化劑負載到TJU-16上，以抑制光生載流子的複合。其中，負載0.22 wt.‰ Rh的TJU-16-Rh0.22表現出最高的析氫速率（31 μmol g-1 h-1），且表觀量子效率與波長的相互關係與紫外可見吸收一致，意味著催化作用由本徵半導體型光催化劑驅動。此外，TJU-16-Rh0.22在5個循環和57小時的連續照射下以H2 : O2 ≈ 2 : 1的化學計量摩爾比維持了全解水光催化活性，表現出高的光和化學穩定性。即使當光強度降低到20 mW cm-2時，TJU-16-Rh0.22仍能催化水分解，其H2為析出速率為7.2 μmol g-1 h-1，STH能量轉化效率為0.014%。

來源：同濟大學化學科學與工程學院

上海致公微信訂閱號

原標題：《厲害！同濟黨員費泓涵團隊在光催化分解水研究上取得重要成果》

閱讀原文

特別聲明

本文為澎湃號作者或機構在澎湃新聞上傳並發布，僅代表該作者或機構觀點，不代表澎湃新聞的觀點或立場，澎湃新聞僅提供信息發布平臺。申請澎湃號請用電腦訪問http://renzheng.thepaper.cn。

評論（）

相關焦點

  • 厲害!同濟化學費泓涵團隊在光催化分解水研究上取得重要成果
    利用太陽光一步法光催化全解水產氫（不添加任何犧牲劑條件下將水分解成2:1的H2和O2）是最簡單和經濟的綠色制氫方案之一。鑑於該過程是熱力學爬坡反應且涉及多電子轉移，被認為是化學領域一大「聖杯式」難題。迄今為止，僅極少數單組份半導體光催化劑可通過一步法初步實現該反應。
  • 東華大學在光催化 分解水產氫領域最新研究進展
    近日，東華大學材料學院張青紅教授團隊在製備廉價高效的可見光光催化劑以及光催化分解水產氫領域取得新進展，以《MXene為前驅體製備碳摻雜TiO2並與g-C3N4耦合作為可見光光催化劑用於光催化產氫》（Ti3C2 MXene-derivedcarbon-doped
  • 西安交大在光催化制氫領域取得新進展
    環境汙染和能源短缺是當今人類面臨的重大挑戰，光催化分解水制氫有望從根本上解決能源和環境問題，因此具有重要意義。寬範圍的光吸收和快速的電子空穴分離是實現高效可見光催化的關鍵。在催化劑金@巰基UiO66@硫銦鋅中，光生電子從硫銦鋅轉移到巰基UiO66，再轉移到封裝在巰基UiO66孔中的金納米點上，形成了一個平滑的電子傳輸通道；此外，位於孔中的金納米點可以顯著縮短載流子遷移距離，並迅速接受電子。最優催化劑在可見光下的光催化產氫速率達到39.2 mmol/h/g，分別是巰基UiO66、硫銦鋅和巰基UiO66@硫銦鋅的435.1、61.2和10.2倍。
  • 中國科大揭示二氧化鈦表面光催化反應微觀機理
    近期，中國科學技術大學合肥微尺度物質科學國家實驗室單分子科學研究團隊取得新進展，研究成果揭示了銳鈦礦二氧化鈦TiO2表面催化活性和微觀反應機理。該成果發表在7月30日出版的Nature Communications上。
  • 【催化】具有能帶可調的超薄多孔氮化碳集束體應用於同步光催化分解水和苯甲醇選擇性氧化反應
    在熱力學方面，氮化碳的能帶位置可驅動水分解以及有機氧化還原反應的進行。但塊體氮化碳（BCN）受形貌、聚合度以及缺陷的影響，表現出比表面積小、可見光利用率低、光生電子-空穴易複合等問題，不利於其在光催化領域中應用。通過自組裝合成超分子前體，最終在分子水平上調控CN的形態和組成的思路可以被用於CN材料的設計與合成，進而提升其光催化效率。
  • 中國計量大學在非貴金屬光催化制氫領域取得最新研究成果
    中國計量大學近日從中國計量大學傳來喜訊，該校材料與化學學院陳智教授指導的研究生趙婉，在國際能源類頂級期刊Renewable & Sustainable Energy Reviews在線發表了一篇重量級論文，該論文主要展現了陳智教授領銜的團隊在非貴金屬光催化制氫領域的最新研究成果
  • 【催化】福州大學王緒緒教授等在PNAS 發表光催化研究成果
    近日，福州大學化學學院/能源與環境光催化國家重點實驗室王緒緒教授課題組與美國德克薩斯大學奧斯汀分校、臺灣大學、阿卜杜拉國王科技大學等大學學者的合作研究論文「Defect engineering of metal–oxide interface for
  • 同濟大學趙國華、趙紅穎團隊ES&T:光電催化選擇性去除水中鄰苯二甲酸酯一類目標汙染物
    論文DOI：10.1021/acs.est.0c07106Supplementary Cover成果簡介近日，同濟大學化學科學與工程學院趙國華教授和趙紅穎教授團隊在環境領域著名學術期刊Environmental Science & Technology上發表了題為「Selective
  • 同濟大學科研團隊合作發表有關旋渦布朗運動的研究成果
    同濟大學科研團隊合作發表有關旋渦布朗運動的研究成果 來源：物理科學與工程學院   時間：2020-08-20  瀏覽：
  • 研究揭示了催化劑分解水的細節
    二氧化釕晶體化合物被廣泛應用於工業生產過程中，它對於催化分解水分子並釋放氧氣的化學反應特別重要。但這種材料表面上發生的確切機理，以及這種反應如何受晶體表面的取向影響，一直沒有被詳細確定。現在，由麻省理工學院和其他幾家機構的研究人員組成的團隊，首次在原子層面上直接研究了這一過程。
  • 綠色溶劑研究取得新成果
    來源：廊坊雲報廊坊日報訊近日，廊坊師範學院化學與材料科學學院教師陳鈺及其團隊在工程科研領域內，研究綠色溶劑取得新成果。相關研究成果在國際著名期刊Renewable Energy（2020,147,594-601）發表後，被ESI資料庫評為高被引和熱點論文。
  • 光催化系列初探 近三年光催化領域經典應用舉例及文獻推薦
    然而，由於下述原因，目前報導的光催化劑要實現高效光催化分解水仍然面臨挑戰：(1) 可見光下量子效率低；(2) 具有可見光響應的硫化物、氮氧化物等光催化劑的光穩定性差，如硫化物經常由於光腐蝕而失活；(3) O2從光催化劑表面脫附非常困難，因此常常需要在體系中加入h+犧牲劑以促進產H2，並且產O2是一個4電子過程(2H2O → 4H+ + O2+ 4e-)，動力學上比較困難，需要高的過電位，常常是光催化反應的速控步
  • 科學網—製備出新型太陽能光解水催化材料
    本報訊（記者黃辛）華東理工大學材料學院楊化桂課題組在太陽能光解水領域取得重要進展，成功製備出一種新型太陽能光解水催化材料
  • 你的光催化水分解只能產氫?太浪費了!
    喬世璋教授是國際知名學者，現任澳大利亞阿德萊德大學化工與先進材料學院納米技術首席教授，主要從事新能源技術納米材料領域的研究，包括電催化、光催化、燃料電池、電池等。同時，喬教授擁有多項發明專利，並從工業界和澳大利亞研究理事會（ARC）獲得研究經費超過1280萬澳元。喬世璋教授已獲得多項重要獎勵與榮譽，包括2017年澳大利亞研究理事會桂冠學者（ARC Australian Laureate Fellow）、2016年埃克森美孚獎、2013年美國化學學會能源與燃料部新興研究者獎以及澳大利亞研究理事會傑出研究者獎（DORA）。
  • 光催化原理、應用及常見問題解答
    北極星VOCs在線訊:隨著全球工業化進程的加速，環境汙染問題日益嚴重，環境治理已受到世界各國的廣泛重視，其中政府在環境治理方面投入了巨大的人力、物力和財力對環境淨化材料和環境淨化技術的研究和產業化提供支持，其中，光催化材料和光催化技術佔有重要的地位。
  • 同濟大學研究團隊在二階非線性光學氧化物晶體方面取得系列重要...
    線性和二階非線性光學晶體是重要的光電信息功能材料，是光電子技術特別是雷射技術的重要物質基礎，是高新技術中不可或缺的關鍵材料，在納米、醫藥、生物、精密製造、光通訊等高新技術領域具有重要的科學價值和廣闊的應用前景。
  • 南昌航空大學航空功能材料課題組在機械振動催化研究方面取得重要...
    近日，南昌航空大學航空功能材料課題組在機械振動催化研究方面取得重要進展，相關研究成果以《鈮酸鉀鈉基環境友好型壓電材料的振動催化作用：一種高效的相界催化劑》（Vibration catalysis of eco-friendly Na0.5K0.5NbO3-based piezoelectric
  • 大連理工大學突破一系列技術瓶頸,科研取得重大突破!
    氫氣是一種高效、清潔的新型能源載體，利用太陽能分解水制氫對於人類應對環境以及能源問題具有重要價值。近期，大連理工大學精細化工國家重點實驗室孫立成院士團隊在太陽能燃料和太陽能電池前沿基礎科學研究領域取得了一系列重要進展。孫立成，物理化學家。
  • 頂刊成果速遞|NSR水分解-天津大學鞏金龍、AEM過渡金屬-廈門大學楊勇教授、CSR光催化-南京大學周勇
    這項工作為消除p-Si MIS光電陰極的光吸收和催化活性之間的矛盾提供了一種簡便的策略，有望進一步提高其他使用透光率較差的催化劑的光還原體系的PEC性能。1.這種光陰極使光吸收與反應位點在空間上解耦，從而使多數載流子而不是常用的少數載流子驅動表面反應，使反應位點遠離光吸收區域成為可能。2.研究表明，可以將催化劑移到MIS結的背面，以避免光的屏蔽。
  • 光催化劑晶面間電荷分離研究獲進展—新聞—科學網
    中科院大連化物所