韩锡光课题组17-18年科研进展

发布时间:2018-04-20  访问次数:857

纳米材料的结构和组成是影响其物理和化学性质的两个重要因素。近两年,我们课题组主要致力于调控纳米催化剂的结构和组成,来构筑具有高效光电活性的催化剂。其主要成果如下:

(一)构筑具有高效光生载流子的催化剂:Cu2O纳米颗粒原位铆钉在N掺杂的C构筑的核壳立方八面体结构:

如何构筑具有低成本且具有高效光催化活性的催化剂是解决能源危机和环境污染有效途径。增加入射光的利用效率和降低光生电子和空穴的复合几率是提高材料光催化活性的两个重要途径。我们通过原位煅烧苯并咪唑修饰的铜基MOF合成出Cu2O纳米颗粒原位铆钉在N掺杂的C构筑的核壳立方八面体结构。将该材料应用与光催化构成C-C键的反应中,表现出高效的光催化活性和稳定性。瞬态吸收光谱和理论计算表明材料的核壳结构提高了入射光的利用效率,Cu2O纳米颗粒原位铆钉在N掺杂的C延长了光生载流子的寿命,因此最终产物表现出高效的光催化活性。相关结果发表于ACS Catal., 2018, 8, 3348–3356 (SCI 一区TOP,影响因子10.614)。

(二)构筑N掺杂的C和Cu2O界面提高光生载流子寿命和光催化活性

    氧化亚铜(Cu2O)具有合适禁带宽度,可吸收可见光,常被用于可见光催化的催化剂。但其稳定性和光生载流子易于复合严重影响了其光催化效率和循环稳定性。我们以富含N的MOFs(NTU-105)方块为前驱体,通过原位煅烧合成出以N掺杂的C为基体负载Cu2O的多孔结构。结合瞬态吸收光谱和理论计算,我们证实由于N掺杂C基体的存在提高了Cu2O的稳定性,降低了光生电子和空穴的复合几率。将其应用与光催化构筑C-C的有机催化反应中, 表现出高效的光催化活性和稳定性。相关成果发表在J. Mater. Chem. A, 2017, 5, 10220-10226;SCI 一区TOP,影响因子:8.867)。


(三)杂原子掺杂碳包裹的钴基氧化物及其锂离子电池性能

由于具有高的比容量,金属氧化物常被用作锂离子电池的阳极材料。但差的导电性能和体积膨胀效应是限制金属氧化物锂离子电池实际应用的主要因素。我们分别以富含杂原子(N,S)的MOFs为前驱体,通过原位煅烧分别合成N掺杂的C包裹Co3O4泡沫状材料和N,S掺杂的C包裹的CoO泡沫状材料。由于杂原子掺杂C的包裹,提高了金属氧化物的导电性,且有效抑制了充放电过程中体积膨胀的问题。将其作为负极材料应用与锂离子电池表现出高效的性能和优异的循环稳定性。相关成果分别发表于J. Mater. Chem. A, 2017,5, 22964-22969, SCI 一区TOP,影响因子:8.867; J. Mater. Chem. A, 2016,4, 13040-13045,SCI 一区TOP,影响因子:8.867)。

(四)构筑具有长寿命光生载流子催化剂:氮掺杂的碳包覆的氮掺杂的TiO2纳米材料

TiO2是目前公认的最有效的光催化剂之一。但其低的可见光吸收率及高的光生载流子复合率影响了其实际应用。我们以NH2-MIL-125Ti)为前驱体,通过原位煅烧合成出氮掺杂的碳包覆的氮掺杂的TiO2纳米材料,将其应用与光催化有机胺选择性氧化,该材料表现出高效的光催化活性。密度泛函,电子顺磁共振和瞬态吸收光谱证明由于N掺杂碳的包裹延长了TiO2光生电子和空穴的寿命,且其N的掺杂增加了材料对可见光的吸收,因此表现出高效的光催化活性。相关结果发表于J. Mater. Chem. A, 2018, 6, 2091-2099 (SCI 一区TOP,影响因子:8.867)。

(五)具有高指数(102)面TiO2空心结构的合成及其光催化染料敏化有机催化的应用

材料的表面活性位点的比例是影响其光催化性能的重要因素。增大材料的比表面和活性晶面裸露的比例是增加材料表面活性位点的两个重要途径。我们通过简单的一步水热法合成出具有高指数(102)面TiO2空心结构。由于具有大的比表面积和高活性的晶面裸露,该材料表现出高效的光催化活性。相关成果发表于Inorg. Chem. 2018, 57, 45504555(SCI 二区TOP,影响因子:4.857 )。



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