光催化技術(shù)被認(rèn)為是理想的環(huán)境污染治理和潔凈能源生產(chǎn)技術(shù),對(duì)推動(dòng)“碳達(dá)峰,碳中和”驅(qū)動(dòng)的能源結(jié)構(gòu)調(diào)整以及我國(guó)能源科技水平的發(fā)展至關(guān)重要。上海理工大學(xué)李貴生教授團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期致力于光/光電催化綠色技術(shù)研究,通過(guò)設(shè)計(jì)各類(lèi)高效光電催化電極系統(tǒng)用于有機(jī)污染物深度礦化與分解水制氫、CO2還原制備燃料等,實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境污染物的處理與資源化。李貴生教授正在組建環(huán)境催化方向相關(guān)團(tuán)隊(duì),近期團(tuán)隊(duì)在光催化制氫、光電催化(PEC)污染物降解協(xié)同制氫以及光電催化CO2還原領(lǐng)域的材料研發(fā)及機(jī)理探究方面取得了創(chuàng)新性成果,4篇相關(guān)論文成果以通信作者身份發(fā)表在國(guó)際高水平期刊《先進(jìn)功能材料》(Advanced Functional Materials)、《化學(xué)工程雜志》(《Chemical Engineering Journal》)上。
團(tuán)隊(duì)與香港大學(xué)David Lee Phillips教授合作,針對(duì)CdS材料光穩(wěn)定性差、載流子分離效率低等問(wèn)題,以富勒烯增強(qiáng)的石墨烯為載體,構(gòu)筑了一種穩(wěn)定性高、光催化性能好的CdS基光催化劑,實(shí)現(xiàn)了高效可見(jiàn)光驅(qū)動(dòng)分解水制氫。相關(guān)研究成果以《富勒烯-石墨烯受體驅(qū)動(dòng)超快載流子動(dòng)力學(xué)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)CdS光催化制氫》(Fullerene-Graphene Acceptor Drives Ultrafast Carrier Dynamics for Sustainable CdS Photocatalytic Hydrogen Evolution)為題發(fā)表在國(guó)際高水平期刊《先進(jìn)功能材料》(Advanced Functional Materials) (DOI: 10.1002/adfm.202201357)上。
在光電催化污染物降解協(xié)同制氫領(lǐng)域,團(tuán)隊(duì)通過(guò)誘導(dǎo)鐵電材料產(chǎn)生強(qiáng)極化電場(chǎng),基于“多場(chǎng)耦合”的方式,增強(qiáng)p-n異質(zhì)結(jié)之間形成的內(nèi)建電場(chǎng);通過(guò)分析鐵電極化在控制各種異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體系統(tǒng)的能帶結(jié)構(gòu)和電荷轉(zhuǎn)移行為,闡明了PEC系統(tǒng)的去污-制氫協(xié)同機(jī)制。相關(guān)研究成果以《極化電場(chǎng)增強(qiáng)光電催化協(xié)同環(huán)境修復(fù)制氫》(Polarization field promoted photoelectrocatalysis for synergistic environmental remediation and H2 production)為題發(fā)表在國(guó)際高水平期刊《化學(xué)工程雜志》(《Chemical Engineering Journal》) (2022, 437, 135132)上。
光電催化還原CO2是利用太陽(yáng)能激發(fā)光催化劑產(chǎn)生電子還原CO2合成甲烷、乙烯、乙醇等有機(jī)化合物或者液體燃料。由于其反應(yīng)條件溫和、高效利用太陽(yáng)能實(shí)現(xiàn)CO2的資源化利用,光電催化還原CO2被稱(chēng)之為“人工光合作用”。團(tuán)隊(duì)發(fā)展了Cu2O/SnOx復(fù)合納米線用于構(gòu)筑光電催化還原CO2光陰極,實(shí)現(xiàn)了高效穩(wěn)定還原CO2制備CO/H2,深入研究了中間體及產(chǎn)物在催化劑表面的吸附與脫附過(guò)程,闡明了催化機(jī)理。相關(guān)研究成果以《SnOx增強(qiáng)Cu2O納米線光電陰極活性用于CO2光電催化還原合成氣》(Photoelectrocatalytic Reduction of CO2 to Syngas via SnOx-Enhanced Cu2O Nanowires Photocathodes)為題發(fā)表在國(guó)際高水平期刊《先進(jìn)功能材料》(Advanced Functional Materials) (2022, 32, 2109600)上。
此外,團(tuán)隊(duì)與香港城市大學(xué)Michael K. H. Leung教授合作,系統(tǒng)綜述了光催化燃料電池在污染物治理及制備氫能領(lǐng)域中的發(fā)展與應(yīng)用,相關(guān)研究成果以《光催化燃料電池-綜述》(Photocatalytic Fuel Cell-A Review)為題發(fā)表在國(guó)際高水平期刊《化學(xué)工程雜志》(Chemical Engineering Journal) (2022, 428, 131074) 上。
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