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光催化科技前沿二

发布时间:2018-08-02 09:18:18

  为给广大科研工作者提供最新的行业动态和科研思路,我公司会不定期推出科技前沿系列,将包括最新最有影响力的行业文献汇总,各个研究领域综述,实验仪器方法使用总结。这是第二期文献前沿汇总。
  太阳能电池系列:
 

    有机无机杂化钙钛矿太阳能电池自从2009年被发现以来,一路高歌猛进效率突飞猛进效率一度达到22.1%,其发展之迅猛可谓前所未见。目前,钙钛矿型太阳能电池(PSCs)的商业化仍然要求电池拥有高效率和良好的长期环境稳定性。进一步发展性能更好的钙钛矿太阳能电池的关键仍然是空穴传输材料与钙钛矿间的能级匹配问题。目前实验室高效率钙钛矿太阳能电池所用的空穴传输材料主要是spiro-OMeTAD和PTAA,发展一种新的能级适配的空穴传输材料对于突破钙钛矿太阳能电池的最高效率变得至关重要。
   韩国化学技术研究所(KRICT)的Jaemin Lee教授等人发展了一种命名为DM的氟端空穴传输材料,并且制备出了效率突破至23.2%的高效稳定钙钛矿太阳能电池,并且具有良好的环境稳定性。这为推动钙钛矿太阳能电池的进一步发展做出重要贡献。

文章信息:
Jeon N J, Na H, Jung E H, et al. A fluorene-terminated hole-transporting material for highly efficient and stable perovskite solar cells[J]. Nature Energy, 2018: 1.



光催化固氮系列:

 

    当前工业合成氨仍以铁基催化剂的Haber-Bosch方法为主,其反应条件非常苛刻(15-25 MPa、673-873 K),并会产生严重的能耗问题。而光催化途径能够直接将太阳能转化为化学能,为降低合成氨能耗提供了一种非常具有前景的方法。但是由于N≡N叁键的超高键能(940.95 kJ mol-1),使得N2分子体现出了相当稳定的化学特性,从而导致常规的光催化材料很难对N2分子的还原产生活性。因此,从动力学上来看,对N2分子有效的活化一般被认为是能够驱动N2还原的必要条件。
    中国科学技术大学熊宇杰教授团队、武晓君教授团队以及中科大的高超老师团队报道了Mo掺杂的W18O49催化剂用于光驱动固氮合成氨反应。Mo掺杂带来的影响,其互相之间的协同效应,最终促进了催化剂对N2分子吸附活化,提高了催化剂固氮合成氨的性能。该文章报道了一种有效的用于光驱动固氮合成氨反应的光催化剂,揭示了调控催化位点对催化剂催化活性的影响。同时该文章也为开发高效的固氮光催化剂以及调控催化剂缺陷的状态提供了一种新的思路。


文章信息:
Zhang N, Jalil A, Wu D, et al. Refining Defect States in W18O49 by Mo Doping: A Strategy for Tuning N2 Activation towards Solar-Driven Nitrogen Fixation[J]. Journal of the American Chemical Society, 2018.



光催化产氢系列:

    光催化水裂解产氢,是一种有效的氢能生产技术手段。大多数实验和理论研究仍然局限于在单分子水层或者水蒸气环境条件下的反应过程,这与实际光催化裂解水过程中的光照以及液态水环境相差甚远。另外需要指出的是,自然界中大多数光催化产氢过程都是在固液界面进行的。因此,如何发展一种新的实验技术手段和计算方法,能够实现在液体水以及光照条件下,在纳米甚至原子尺度观察光催化裂解水过程中催化剂与水界面的化学变化过程,进而弄清真实光催化过程中的原子和电子结构,具有非常重要的科学研究价值。
    近日,北京工业大学固体微结构与性能研究所隋曼龄教授(通讯作者)和卢岳博士(第一作者),与香港城市大学(原台湾清华大学)陈福荣教授(共同通讯)和北京航空航天大学物理学院刘利民教授(共同通讯)合作,在Nature Communications上发表了一篇题为“Self-hydrogenated shellpromoting photocatalytic H2 evolution on anatase TiO2”


文章信息:
Lu, Y.; Yin, W.-J.; Peng, K.-L.; Wang, K.; Hu, Q.; Selloni, A.; Chen, F.-R.; Liu, L.-M.; Sui, M.-L., Self-hydrogenated shell promoting photocatalytic H2 evolution on anatase TiO2. Nature Communications 2018, 9 (1), 2752.
 


单原子光催化产氢系列:

 

    国立台湾大学陈浩铭教授、武汉理工大学余家国教授(共同通讯作者)等制备了具有层间桥接和g-CN表面双位点的原子级分散的Pd-层状光催化剂,并在Adv. Funct. Mater.上发表了题为“Single-Atom Engineering of Directional Charge Transfer Channels and Active Sites for Photocatalytic Hydrogen Evolution”的研究论文。上述光催化剂为光催化水还原提供了定向电荷转移通道和靶向活性位点。之后作者利用理论预测和实际表征证实成功制备了单原子工程的Pd/g-CN复合材料,其具有优异的载流子分离性能以及高效的光催化制氢活性,优于优化的Pt/g-CN标准物。这一研究结果为量身定制单原子贵金属的性能和工程提供了合理的方法。


文章信息:

Cao S, Li H, Tong T, et al. Single‐Atom Engineering of Directional Charge Transfer Channels and Active Sites for Photocatalytic Hydrogen Evolution[J]. Advanced Functional Materials, 2018: 1802169.