眾所周知，功能材料的開發(fā)及應(yīng)用發(fā)展到現(xiàn)階段遇到了嚴重的瓶頸，單一材料體系已無法突破性能上的限制并滿足應(yīng)用領(lǐng)域的需求。每種特定的材料一般都具有某方面獨特的性能及優(yōu)勢，材料的復(fù)合是突破單一材料性能瓶頸的有效途徑，并有望通過復(fù)合單元間的協(xié)同作用增強各自的性能（即1 + 1 > 2）。具體到光催化體系，復(fù)合材料中不同的組成單元可以扮演產(chǎn)生及分離電荷、吸附活化分子等各種重要角色。然而事實上，復(fù)合材料的性能往往很難實現(xiàn)組成單元各自性能的疊加，其關(guān)鍵瓶頸在于復(fù)合材料體系界面的結(jié)構(gòu)調(diào)控十分困難，導(dǎo)致光生電荷在界面上的嚴重復(fù)合和極大浪費。
研究人員針對該瓶頸，設(shè)計出一系列界面可控的復(fù)合結(jié)構(gòu)體系。例如，首次提出了半導(dǎo)體-金屬-石墨烯疊層結(jié)構(gòu)，其單晶界面在一定程度上解決了界面上電子-空穴復(fù)合的問題，可以很好地利用半導(dǎo)體和金屬間的肖特基勢壘提高半導(dǎo)體光生電子-空穴對分離，從而在光催化產(chǎn)氫方面展現(xiàn)出明顯改善的性能。另一方面，針對特定氣相光催化反應(yīng)中氣體分子難以同步捕捉的問題，設(shè)計了一類金屬有機骨架（MOF）-半導(dǎo)體核殼結(jié)構(gòu)，半導(dǎo)體中的光生電子可以有效地傳遞給MOF內(nèi)核并具有很長的激子壽命，而吸附在MOF內(nèi)核上的二氧化碳分子則在得到光生電子后定向轉(zhuǎn)化為甲烷，從而提高了二氧化碳轉(zhuǎn)化燃料反應(yīng)的活性和選擇性。在研究中，超快光譜和動力學(xué)表征以及理論模擬皆證實所設(shè)計復(fù)合材料體系的光催化優(yōu)越性，并揭示了微觀作用機理。該系列研究進展有助于加深人們對復(fù)合結(jié)構(gòu)材料中光生電荷行為和機制的認識，也對復(fù)合結(jié)構(gòu)光催化劑的理性設(shè)計具有重要推動作用。
上述研究工作得到了科技部“973”計劃、國家自然科學(xué)基金、國家青年千人計劃、中科院百人計劃、中科院先導(dǎo)專項、中國科大重要方向項目培育基金等項目的資助。
光催化復(fù)合材料設(shè)計系列工作刊登在Advanced Materials 內(nèi)封面/底
- 江蘇科技大學(xué)郭峰/施偉龍 CEJ: 一步簡單碳摻雜改性g-C3N4實現(xiàn)高效協(xié)同壓電輔助-光催化純水制備H2O2 2025-07-21
- 吉林大學(xué)李莉娜課題組 ACS Macro Lett.：基于四苯乙烯的多孔芳香框架的增強光催化性能 2025-06-26
- 江蘇科技大學(xué)郭峰/施偉龍 JCIS: 純水高效制H?O? - 凹坑結(jié)構(gòu)g-C?N?壓電光催化新突破 2025-06-16
- 西南林大杜官本教授/楊龍研究員、東北林大陳文帥教授 EEM：基于細胞壁聚合物修飾工程的超強、阻燃、環(huán)保竹基復(fù)合材料 2025-07-22
- 武漢大學(xué)陳朝吉、高恩來/林科院林化所劉鶴 AFM：二氧化碳衍生多功能生物基非異氰酸酯聚氨酯助力紙張轉(zhuǎn)化為紙塑 2025-06-30
- 昆士蘭大學(xué)喬瑞瑞團隊 Adv. Mater. 綜述：納米復(fù)合材料的創(chuàng)新制備與應(yīng)用 - 從傳統(tǒng)合成到先進3D打印技術(shù) 2025-06-25
