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化工院荆宇教授课题组在《Advanced Materials》上发表研究成果

浏览量 :873时间 :2021-05-17

近日,我校化学工程学院荆宇教授课题组在国际材料领域顶级期刊《Advanced Materials》(中文译名《先进材料》)上发表了题为“2D Honeycomb‐Kagome Polymer Tandem as Effective Metal‐Free Photocatalysts for Water Splitting”的研究性论文。(链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202008645。)


光解水制氢是利用太阳能制备清洁能源氢气的理想途径,其技术的关键在于高效光催化剂的开发。二维聚合物半导体材料由于特殊的结构优势被认为是理想的光解水催化剂。然而已知的二维聚合物结构中只有少数可以实现光催化析氧反应,同时多孔框架结构通常缺乏有效的电子共轭作用进而很难实现有效的电荷传输和载流子解离。因此设计并开发具有合适的电子和光学性质的二维共轭聚合物光催化剂仍然极具挑战。


荆宇教授团队在前期理论研究工作的基础上,探索了将二维honeycomb-kagome聚合物用于光催化水分解的潜力,发现这些二维聚合物具有非常适合光解水的带边位置和较强的光吸收性能。通过进一步模拟材料表面光解水半反应的反应机理,该团队发现改变中心杂原子和桥位官能团可以有效地调控材料的光催化性能。通过将缺电子和富电子中心的二维聚合物组合成串联的异质结构,不仅可以有效地抑制电子和空穴的复合还可以使氢气和氧气分别在不同的表面析出,从而有效地实现全解水(如下图)。这种通过将晶格固有的能带平带特征与杂原子化学功能化特性相结合来构建有效抑制电子/空穴重组的自驱动全解水串联装置,为光解水制氢领域提供了新的解决方案。

杂原子三角烯分子构成的二维聚合物作为光催化剂用于全解水


我校为本研究的第一完成单位,荆宇教授为第一作者兼通讯作者,德国德累斯顿工业大学Thomas Heine教授为共同通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金青年项目和江苏省自然科学基金青年项目的资助。