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| 中國科大光催化復合材料設計取得系列進(jìn)展 |
| 來(lái)源：中國科學(xué)院 更新時(shí)間：2014-09-02 11:56:00 瀏覽次數： |
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 （中國粉體技術(shù)網(wǎng)/班建偉）近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)熊宇杰教授課題組，通過(guò)與江俊教授和張群副教授在材料設計與合成、理論模擬和先進(jìn)表征中的“三位一體化”合作，在光催化復合材料設計方面取得系列進(jìn)展，最新研究進(jìn)展發(fā)表在7月23日出版的Advanced Materials 上。兩篇論文分別被期刊以?xún)确饷婧蛢确獾椎男问郊右越榻B，這兩項工作的共同第一作者分別是博士生柏嵩和葛晶、李睿和胡嘉華。
眾所周知，功能材料的開(kāi)發(fā)及應用發(fā)展到現階段遇到了嚴重的瓶頸，單一材料體系已無(wú)法突破性能上的限制并滿(mǎn)足應用領(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，材料的復合是突破單一材料性能瓶頸的有效途徑，并有望通過(guò)復合單元間的協(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(shí)上，復合材料的性能往往很難實(shí)現組成單元各自性能的疊加，其關(guān)鍵瓶頸在于復合材料體系界面的結構調控十分困難，導致光生電荷在界面上的嚴重復合和極大浪費。
研究人員針對該瓶頸，設計出一系列界面可控的復合結構體系。例如，首次提出了半導體-金屬-石墨烯疊層結構，其單晶界面在一定程度上解決了界面上電子-空穴復合的問(wèn)題，可以很好地利用半導體和金屬間的肖特基勢壘提高半導體光生電子-空穴對分離，從而在光催化產(chǎn)氫方面展現出明顯改善的性能。另一方面，針對特定氣相光催化反應中氣體分子難以同步捕捉的問(wèn)題，設計了一類(lèi)金屬有機骨架（MOF）-半導體核殼結構，半導體中的光生電子可以有效地傳遞給MOF內核并具有很長(cháng)的激子壽命，而吸附在MOF內核上的二氧化碳分子則在得到光生電子后定向轉化為甲烷，從而提高了二氧化碳轉化燃料反應的活性和選擇性。在研究中，超快光譜和動(dòng)力學(xué)表征以及理論模擬皆證實(shí)所設計復合材料體系的光催化優(yōu)越性，并揭示了微觀(guān)作用機理。該系列研究進(jìn)展有助于加深人們對復合結構材料中光生電荷行為和機制的認識，也對復合結構光催化劑的理性設計具有重要推動(dòng)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、中科院先導專(zhuān)項、中國科大重要方向項目培育基金等項目的資助。
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