项目来源

国家自然科学基金(NSFC)

项目主持人

余家国

项目受资助机构

武汉理工大学

项目编号

U1705251

立项年度

2017

立项时间

未公开

项目级别

国家级

研究期限

未知 / 未知

受资助金额

204.00万元

学科

联合基金领域-新材料与先进制造领域

学科代码

L-L04

基金类别

联合基金项目-重点支持项目-促进海峡两岸科技合作联合基金

关键词

直接Z-型 ; 产氢 ; CO2还原 ; 太阳燃料 ; 光催化材料 ; Direct Z-scheme ; photocatalytic materials ; hydrogen production ; CO2 reduction ; solar fuels

参与者

李朝晖；吴嘉文；傅俊伟；朱必成；夏鹏飞；蔡静宇；邓筱羽；王冰清；廖佑德

参与机构

福州大学；台湾大学

项目标书摘要：本项目以实现直接Z-型光催化材料高效分解水产氢和CO2还原制备太阳燃料为目标，解决传统单一光催化材料光生电子和空穴容易复合，以及它们的还原或氧化能力不足等关键科学问题。重点研究直接Z-型光催化产氢和CO2还原材料设计与制备方法、表面界面微结构调控、光生载流子转移分离与光催化机理，通过两种半导体耦合形成直接Z-型异质结，提高光催化材料的产氢和CO2还原效率，其产氢和CO2还原效率达到国际先进水平。阐明直接Z-型光催化材料的化学组成、制备方法、形貌、表面结构等对光催化产氢和CO2还原性能的影响规律，揭示直接Z-型光催化材料的构—效关系，建立新型直接Z-型光催化产氢和CO2还原材料的设计思想与制备方法。在高效直接Z-型光催化材料研究领域取得具有国际水准的原创性研究成果，建立一支交叉融合的多学科研究队伍和研究平台，为增强我国在光催化产氢和CO2还原材料领域的国际竞争力做出实质性贡献。

Application Abstract: The objective of this project is the fabrication of direct Z-scheme photocatalytic materials used for the preparation of solar fuels by highly efficient photocatalytic hydrogen production from water-splitting and CO2-reduction,and for solving the high recombination rate of photogenerated electron-hole pairs and their lower reduction and oxidation ability in single photocatalyst.The main research work includes design and fabrication of direct Z-scheme photocatalytic H2-production and CO2-reduction materials,microstructure control of surface and interface,transfer and separation of photogenerated charge carriers,and the mechanism of photocatalytic reactions.The photocatalytic H2-production and CO2-reduction efficiency will be significantly improved by constructing direct Z-scheme heterojunction between two semiconductors.The effects of chemical composition,preparation method,morphology,surface structure etc.on photocatalytic H2-production and CO2-reduction performance of direct Z-scheme photocatalyst will be carefully investigated and discussed.The composition-structure-performance intrinsic relationship and synergistic effect between two semiconductor photocatalysts will be established.New design idea and method for the preparation of direct Z-scheme photocatalyst used for hydrogen production and CO2 reduction will be developed and proposed.This investigation will also provide new insight into the design and fabrication of direct Z-scheme photocatalysts used for hydrogen production and CO2 reduction.

项目受资助省

湖北省

项目结题报告(全文)

项目以实现直接Z-型光催化材料高效分解水产氢和CO2还原制备太阳燃料为目标，解决传统单一光催化材料光生载流子容易复合，以及还原或氧化能力不足等关键科学问题。研究了直接Z-型和S-型光催化产氢和CO2还原材料设计与制备方法、表面界面微结构调控、光生载流子转移分离与光催化机理。通过两种半导体耦合形成直接Z-型和S-型异质结，提高了光催化材料的产氢和CO2还原效率，其产氢和CO2还原效率达到国际先进水平。阐明了直接Z-型和S-型光催化材料的化学组成、制备方法、形貌、表面结构等对光催化产氢和CO2还原性能的影响规律，揭示了直接Z-型和S-型光催化材料的构—效关系，建立了新型直接Z-型和S-型光催化产氢和CO2还原材料的设计思想与制备方法。为了克服传统Z-型光催化和全固态Z-型光催化的缺陷，项目期间提出了梯形(Step-scheme or S-scheme)异质结光催化的新概念。多篇研究论文发表在多种国际刊物上，如:Nature Commun.、Adv.Mater.、Chem、Angew.Chem.Int.Ed.、Joule、Chem.Rev.等，论文被SCI 收录172篇，论文中有高被引论文52篇，热点论文7篇，被SCI他人引文12874次。项目期间毕业了19位博士和39位硕士，出站博士后6人。研究成果获得湖北省自然科学一等奖1项，有4人入选科睿唯安全球高被引科学家名单,1人获得基金委优青资助。出版英文学术专著2部和中文学术专著1部，分别是:Surface Science of Photocatalysis,Elsevier,2020;Semiconductor Solar Photocatalysts:Fundamentals and Applications,Wiley,2021;和新型太阳燃料光催化材料，武汉理工大学出版社,2018。获授权发明专利13项。主办国际会议6次，在国际国内会议做大会和邀请报告38次。项目负责人余家国2020年入选欧洲人文与自然科学院和欧洲科学院两院外籍院士;2020年获得第二届全国创新争先奖，全国创新争先奖每3年评选表彰一次，每次不超过300人。获得第35届花拉子米国际奖(35th Khwarizmi International Award)。