可见光催化光解水产氢及CO2转化研究

报告题目：可见光催化光解水产氢及CO₂转化研究

报告人：朱永法，教授、博导，杰青

报告时间：4月18日  17：00-18：30

报告地点：全国重点实验室学术报告厅A403

报告人简介：

朱永法，清华大学化学系教授、博导，杰青，国家电子能谱中心常务副主任。分别从南京大学、北京大学和清华大学获得学士、硕士和博士学位以及在日本爱媛大学从事博士后研究工作。1988.7月到现在，一直在清华大学化学系工作，从事能源光催化、环境光催化及光催化健康方面的研究。承担了国家973项目、863项目、国家自然科学基金重点、国家自然科学基金仪器专项，国际重点合作项目，区域创新联合基金重点项目和面上项目等基础研究课题，同时，还承担了企业的有关吸附净化材料、光催化材料及其在空气和水环境净化方面的应用课题。获得教育部跨世纪优秀人才及国家自然科学基金委杰青年基金资助。获得国家自然科学奖二等奖1项,教育部自然科学奖一等奖2项、二等奖1项，教育部科技进步奖二等奖和三等奖各1次。在Nature Energy, Nature Catalysis（2），Nature Communication（5），Agnew Chem（15），Chem.（3）, Advanced Materials（12），EES（3）EST（10）等刊物发表SCI论文603篇，高被引论文50余篇；论文总引57000余次，H因子为135。2014-至今，Elsevier高被引学者（化学），2018-至今，科睿唯安“全球高被引科学家”（化学），2021年度全球顶尖科学家排名第851位。学术兼职有Science for Energy and Environment（SEE）创刊主编，Green Carbon副主编；中国感光学会副理事长。

报告内容摘要：

构筑了PDINH有机超分子光催化剂，可见光活性可拓展到730 nm，其产氧性能达到34.6 umolg^-1h^-1。构筑的高度结晶的尿素-苝酰亚胺聚合物光催化剂，产氧性能提高了106.5倍，达到3.2 mmolg^-1h^-1。发现结晶度的提高不仅可以提升内径电场，还可以降低复合中心，从而促进光电荷的迁移。咪唑熔盐法制备的高结晶PDI超分子，其产氧性能达到40.6 mmolg^-1h^-1。构筑了四苯羧基卟啉的超分子光催化剂，实现了全光谱的产氢和产氧(40.8和36.1 μmolg^-1h^-1)活性和高效的降解污染物活性。发现了光催化活性随分子偶极的增加而大幅增加的规律，并拓展到多个体系。通过卟啉超与锌配位形成的超分子，可以把还原电位从-0.36 V提升到-1.01 V，产氢能力提升85倍，达到3.5 mmolg^-1h^-1。此外，可以通过分子内电子给体-受体（D-A）如苯磺基卟啉TPPS/C60-NH₂光催化剂或D-A界面促进电荷迁移，提升其产氢性能。当苯磺基卟啉与C60构筑超分子DA体系，其产氢能力可以到33.00 mmolg^-1h^-1。基于前驱体分子的生色基团和助色基团以及分子偶极特性，设计合成了具有高产氢性能的四羧基苝和HOF超分子，其产氢性能分别达到120 mmolg^-1h^-1和1046 mmolg^-1h^-1。利用C₃N₄光催化剂的微观结构，涉及制备了具有强产氢活性和强产氧活性的C₃N₄多相光催化剂，实现了高活性的产氢和产氧性能。通过尿素-苝酰亚胺聚合物高产氧性能光催化剂的耦合，实现化学计量比的全解水产氢产氧，STH达到0.3%。此外，还利用PDI前驱体，构筑了HOF结构的有机半导体光催化剂，通过多重氢键作用，降低了激子结合能到26 meV，促进了激子的近室温全分离，实现了光催化全解水产氢，其太阳光转换效率达到8.5%。此外，还利用有机半导体构筑了产双氧水的光催化剂，通过空穴氧化过氧酸中间体及多巴胺降低了电子氧还原活化能，实现了双途径合成双氧水，其SCC转化效率可以达到2.7%。有机半导体光催化剂可以在可见光激发下还原二氧化碳高选择性低产乙烷、乙烯和甲酸。

主办单位：油气藏地质及开发工程全国重点实验室

新能源与材料学院/光伏新能源现代产业学院

皇家永利纳米技术协会

皇家永利玄武岩纤维复合材料开发及应用工程技术研究中心

皇家永利页岩气高效开采先进材料制备技术工程研究中心

能量转换与储存先进材料皇家永利国际科技合作基地

氢能绿色制取与高效利用川渝重点实验室

成都市科技青年联合会材料能源专委会

科学技术发展研究院