[00148655]金属/半导体纳米光电生氢材料的构筑及其机理研究

开发高效、安全、清洁、可再生的新型能源和技术是当前世界经济发展中急需突破的技术领域。半导体及其复合纳米光电生氢催化材料因具有广泛的应用前景而受到人们的广泛关注。但目前复合纳米光电生氢催化材料仍然存在光活性较低、稳定性差、大面积生产困难且可见光利用效率低等缺点,这限制了此类材料在光电催化生氢中的应用。因此,构筑具有高光活性、高稳定性、低成本的复合纳米光电生氢催化材料是目前亟待解决的问题。本项目构筑含有金属纳米团簇结构的金属/半导体复合纳米光电生氢催化材料,并用原位的电化学和光谱学方法研究金属与半导体之间的电子转移及光电催化反应机理,对光电生氢复合纳米材料的研究具有重要意义,研究内容涉及物理化学、材料化学、合成化学和光谱学等多学科交叉的创新性的前沿课题,对纳米材料的合成与设计及光电催化领域有重大的影响,具有重要的理论和现实意义。 本项目已得到Co/Pt纳米空壳结构材料的光电产氢的催化机理;证明了Co-Pt之间的电子转移是提高光电产氢性能的主要原因;获得了Co/Pt纳米空壳结构材料和MoSe2/MXene纳米花状复合物,并用这些材料得到了高性能的光电产氢催化活性。已经申请发明专利2件,培养硕士生2名,本科生若干名,发表SCI论文6篇,获得新材料1个。解决了金属/半导体复合纳米光电生氢材料中的电子在金属-半导体-分子之间的转移信息及其光电生氢机理;构筑含有亚单层到几个原子层的纳米团簇结构（0-5 nm）的金属/半导体复合纳米光电生氢材料;根据得到的光电生氢机理理性设计高性能和高效率的新型光电生氢材料,为金属/半导体复合纳米光电生氢材料的理性设计提供理论基础。用电化学方法结合光谱学系统研究了上述材料的光电产氢机理。用线性扫描伏安法、循环扫描伏安法、电化学阻抗谱、莫特-肖特基测试方法、表面增强拉曼光谱等技术研究了产氢性能提高的原因,以及不同材料对产氢性能的影响规律,获得了界面间电子的转移是光电产氢性能提高的关键。很好地完成了所有的预期目标,解决本项目提出的关键科学问题。