光催化材料在太阳能转换与环境净化方面的研究现状和发展趋势

本文简要评述了光催化材料在太阳能转化和环境净化方面应用的研究背景、现状和发展趋势。

新型光催化材料探索和研究进展

综述了光催化反应基本原理、新型光催化材料开发策略及研究进展。分析了提高光催化材料量子效率的关键所在及开展新型光催化材料研究工作的重要性,展望了该领域的未来发展方向。

光催化分解水体系和材料研究

利用太阳光光催化分解水制取氢气是一种环境友好的再生能源制备技术。本文介绍了近年来在光催化分解水方面的一些研究工作,对目前国内外光催化分解水制取氢气和氧气的一些基本评价体系、光催化剂类别进行了整理分类,重点描述了光催化制氢原理、光催化分解水体系、光催化制氢材料类型、光催化设计等工作。对未来光催化分解水的研究工作进行了展望。

光催化太阳能转换及环境净化材料的现状和发展趋势

21世纪人类面临的最大课题是能源和环境问题,利用太阳能来解决全球性的能源和环境问题越来越受到人们的重视,各种技术手段应运而生.最近,我们成功地利用可见光响应的半导体光催化材料来分解水和降解有机污染物,实验中还发现如果光催化材料具有合适的能带结构,其光催化的效果就越显著.本文简要评述了光催化材料在太阳能转化和环境净化方面应用的研究背景、现状和发展趋势.

高效光催化材料最新研究进展及挑战

光催化材料在能源转换和环境净化领域具有重要的应用前景。实现光催化技术的实际应用,其关键是开发出高效的光催化材料,高效的光催化材料需要满足带隙与太阳光谱匹配、导价带能级位与反应物电极电位匹配、高量子效率和光化学稳定等性能要求。综述了新型光催化材料开发策略及研究进展,重点总结了包含能量转换效率提高方法、光催化机理认识与表征手段等光催化领域材料发展的新趋势。分析了提高光催化能量转换效率的关键所在及开展新型光催化材料研究工作的重要性,展望了该领域的未来发展方向。

空气自呼吸式直接甲醇燃料电池的环境适应性研究

针对空气自呼吸式(Air breathing)直接甲醇燃料电池(Direct methanol fuel cell,DMFC)阴极直接暴露在空气中的特性,重点研究了不同空气环境条件下例如湿度、温度等因素对电池性能的影响.结果表明,DMFC对环境湿度的变化并不敏感,这是由于阳极侧甲醇溶液中水的渗透使得质子交换膜和阴极一直保持相对稳定的水含量.又从可视化方法发现,反应生成的水在阴极大部分以液态形式存在,靠重力的因素排出电池,这对阴极集流板的结构设计具有重要的指导作用.此外,环境温度对电池性能具有明显的作用.环境温度为40℃时,单电池的最大功率密度接近30 mW.cm-2,是10℃时电池功率密度的3倍.

光催化材料与太阳能转换和环境净化

解决能源短缺和环境污染问题是我国实现可持续发展、提高人民生活质量和保障国家安全的迫切需要。光催化材料在解决能源和环境问题方面有着重要的应用前景,我国在该领域的研究处于国际前沿地位,加强光催化材料的基础研究意义十分重大。

绿色发展与环境净化材料

21世纪人类发展的主题是绿色发展。在绿色发展理念下,光催化技术作为近年来迅速发展起来的先进氧化技术的典型代表成为未来环境净化技术的重要发展方向之一。本文首先阐述绿色发展的内涵及其引发的对传统环境净化材料的挑战,在此基础上本文总结了我们最近几年在光催化环境净化领域的研究进展,重点介绍了我们在新型光催化环境净化材料开发以及多孔微结构调控对材料光降解性能影响方面的研究工作。

地外人工光合成材料研究进展

太空探索已成为人类共同目标,重返月球、载人火星等人类历史上的重大里程碑任务已逐步实施。如何实现地外极端环境下人类生存和发展已成为载人太空探索的基本能力和基础技术。由南京大学和钱学森空间技术实验室提出的地外人工光合成技术,模拟地球绿色植物的自然光合作用,利用密闭空间废弃资源或地外天体环境中丰富的资源,通过光电催化方法原位、加速、可控地将二氧化碳转化成为氧气和含碳燃料,大幅度降低载人航天器的物资供应需求,支撑可承受、可持续的载人深空探索。本文回顾了近年来国际航空航天领域利用二氧化碳转换生成氧气和碳氢燃料的现有方法,并深入探讨面向地外原位资源利用的人工光合成材料研究进展,期望深化对地外人工光合成材料与技术的认知,有力支撑载人航天发展。

月球资源开发利用的进展与展望

中国探月工程“绕、落、回”三步走圆满收官,后续将建立国际月球科研站,并进一步规划建立月球基地。月球探测任务由探测勘察进入到开发利用新阶段,月面资源的勘查、开发和利用是未来月球探测的重点任务。总结了月球资源开发利用方面的国内外重要进展,涉及月球资源勘探、水冰等挥发分分析、月球矿物冶炼与材料制备、月面建造与月壤3D打印等四个方面。同时,月球资源开发利用面临极端月面环境、独特月壤理化特性、全流程无人自主控制等重大挑战,为解决这些问题,提出了未来月球资源开发利用的重点任务和研究思路,可为后续科学研究和工程任务实施提供参考。

光催化还原CO_2的研究现状和发展前景

综述了光催化还原CO2的研究进展,并重点介绍了本课题组在光催化还原CO2为碳氢燃料方面的研究工作,通过该途径可降低CO2在大气中的排放浓度,还可将CO2转化为烷烃、醇或其它有机物质,从而实现碳材料的再循环使用.最后展望了该研究领域的前景.

介孔TiO_2的材料合成及其在光催化领域的应用

在紫外光照射下TiO2是一种高效的光催化材料,具有重大的应用价值。近年来,随着纳米材料科学的发展,介孔材料的独特性质越来越受到人们的重视。介孔TiO2材料被证明在降解有害气体、有机染料等方面具有比传统颗粒TiO2更高的光催化活性。本文综述了介孔TiO2材料的合成方法及其在光催化领域的应用。

光催化分解水制氢半导体材料评述

综述了半导体光催化分解水制氢的基本原理以及近年来一些研究进展。对目前报导的光催化材料进行了整理和分类,评述了各种光催化材料的特点和性能;对光催化分解水的研究工作和发展方向进行了展望。

光催化二氧化碳还原研究进展

21世纪以来,随着CO_(2)为主的温室气体排放量不断增加,寻求新型能源来构建低碳型社会的诉求越来越迫切。其中以太阳能驱动转化CO_(2)为碳氢燃料的技术,可将CO_(2)转化成甲烷、甲醇、甲酸或C_(2+)等高附加值的碳氢燃料,是实现全球碳平衡的有效途径之一,具有巨大潜力。半导体材料是决定光催化还原CO_(2)过程进行的重要因素之一,因此探索和开发高效光催化功能材料是当今研究的主要方向。本文综述了近几年来作者课题组在光催化还原CO_(2)为碳氢燃料方面的重要研究进展,主要涉及TiO_(2)基系列光催化材料,V、W、Ge、Ga、C_(3)N_(4)基等系列光催化材料的结构组分调控。

质子交换膜燃料电池含Pt催化剂的研究

作为质子交换膜燃料电池的主要用催化剂,Pt的研究对质子交换膜燃料电池运用和普及起着至关重要的作用。为此,近年来一系列大量的基于Pt催化剂的不同形貌、不同成分、不同载体的研究大大地推进了Pt催化剂技术的发展。

新型荧光传感器及其传感材料合成进展

近年来随着交叉学科的迅速发展,荧光传感器及其传感新材料作为材料科学和分析化学的结合点备受关注。对新型荧光化学传感器种类如膜传感器、光纤化学传感器、阴离子传感器、生物传感器的研究前沿以及制备传感新材料的溶胶-凝胶掺杂法、纳米粒子的表面功能化及沸石孔性材料吸附包埋法和用一步法制备无机/有机杂化传感材料3个方面作了详细的评述。同时报道了本实验室合成的有机/无机介孔杂化传感器材料的最新研究成果。

半导体纳米催化剂的结构调控及其光还原CO_2的研究进展

光催化还原CO2为碳氢燃料常被称为人工光合成技术,是21世纪的梦幻技术之一,越来越受到研究者的重视。本文综述了作者课题组在调控半导体纳米催化剂的结构及其光催化还原CO2为碳氢燃料的一些进展。

负载型KNO_3固体碱对环戊二烯甲基化反应的催化作用

考察了负载型KNO3固体碱对环戊二烯(CPD)和甲醇的甲基化制备甲基环戊二烯(MCPD)反应的催化性能.通过X射线衍射和低温氮吸附等手段研究了载体的表面性质和KNO3在不同载体表面的分解情况,并用非水溶液Hammett指示剂法测定了各固体碱的碱强度.结果表明,KNO3负载在不同的氧化物载体上后其碱强度表现出极大的差异,负载在ZrO2,-γAl2O3,水滑石(HT)和MgO上能检测到H-为27.0的碱强度,这些碱性位可视为固体超强碱;而负载在SiO2和TiO2上仅检测到了H-为9.3的碱强度,这与载体本身的表面性质密切相关.碱强度较低的KNO3/SiO2和KNO3/TiO2以及氧化物载体本身在CPD甲基化反应中表现出较差的活性,说明催化剂应具有一定的碱强度,但是催化剂的酸性和比表面积也会对其催化活性产生一定的影响.在所考察的催化剂中,KNO3/-γAl2O3和KNO3/HT的催化性能最好,在450℃时就能催化转化约32%的CPD,MCPD的选择性可达86%左右,高于传统固体碱MgO在500℃时的活性.

分级微纳结构ZnO空心球的制备及其光电转换性能

以醋酸锌为锌源,二甘醇为溶剂,通过一种改进的溶剂热法制备出具有分级微纳结构的ZnO空心球。X射线衍射(XRD),扫描电子显微术(SEM),N2吸附脱附等表征结果显示此ZnO材料的初级结构为纳米颗粒,次级结构为该纳米颗粒构筑的微米级多分散小球。聚焦离子束(FIB)切割实验表明,小球内部为中空结构。这种新颖的复合结构应用于染料敏化太阳电池(DSSC)领域,有两大优势:其初级结构提供了大的比表面以吸附更多染料分子,同时其次级结构和孔结构可以起到光散射中心的作用,提高光的利用率,从而最终提高了电池的光电转换效率。

Z型光催化材料的研究进展

与植物光合作用相似,Z型光催化材料体系是由电子传输介质、光还原剂和光氧化剂组成的双光子体系,其应用于光催化反应具有很大的优势:借助双光子激发过程,在不同光催化剂上分别完成氧化反应和还原反应,有效促进了光生电荷的分离和迁移.Z型反应体系中的光催化剂只需分别满足各自的光激发过程和对应的半反应,为光催化材料的选择和设计提供了很大的空间.光催化还原位点和氧化位点分别在两个光催化半导体上,还原和氧化过程相互分离,可以有效抑制逆反应的发生.同时,催化材料光还原剂中的光生空穴被来自光氧化剂中的光生电子复合,光催化体系的稳定性随之增强.Z型光催化材料体系,表现出了宽光谱响应,高稳定性,高光生载流子的分离效率,强氧化还原能力,具有广阔的应用前景.