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近日，我院于濂清教授團(tuán)隊(duì)在催化能源轉(zhuǎn)換研究方面取得系列重要進(jìn)展。團(tuán)隊(duì)聚焦國家“雙碳”發(fā)展戰(zhàn)略，圍繞新材料技術(shù)開發(fā)和能源轉(zhuǎn)換中的重要科學(xué)問題進(jìn)行前沿性探索工作。相關(guān)論文先后刊發(fā)在國際知名期刊《納米研究》(Nano Research)、《材料化學(xué)雜志A》(Journal of Materials Chemistry A)以及《國際氫能雜志》(International Journal of Hydrogen Energy)上。
1.光電協(xié)同催化水分解以及機(jī)制研究
光電化學(xué)法(PEC)進(jìn)行人工光合作用是一種巧妙且環(huán)境友好型的方式來生產(chǎn)清潔燃料H2，PEC系統(tǒng)可以將氧化和還原反應(yīng)在空間上分離，從而更加實(shí)用、有效、安全。經(jīng)過進(jìn)一步的研究來提升PEC系統(tǒng)的光轉(zhuǎn)化效率并降低成本，有望實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的光電化學(xué)分解水應(yīng)用。
釩酸鉍(BiVO4)作為一種很有前途的光電電極，廣泛應(yīng)用在光電化學(xué)領(lǐng)域。將納米鎳硼化物(Ni3B)修飾在BiVO4光電極表面，Ni3B作為一種有效的析氧助催化劑加速表面析氧反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。在AM 1.5G光照和1.23 V vs. RHE條件下，其光電流密度可達(dá)1.47 mA·cm-2，約為BiVO4光電極的2.8倍，且水分解效率是純樣的11.3倍。研究表明，Ni3B助催化劑的沉積可以有效降低水氧化反應(yīng)的屏障，促進(jìn)光生空穴反應(yīng)，從而提高BiVO4光電極的PEC性能。相關(guān)研究論文發(fā)表在2022年Nano Research, S12274 (中科院1區(qū)top，IF=10.269), 中國石油大學(xué)（華東）為第一署名單位，2021級(jí)博士生薛克慧為第一作者，朱海豐老師為共同第一作者，于濂清教授為通訊作者。
2.光催化水分解制氫以及機(jī)制研究
光催化是一種能將太陽能轉(zhuǎn)化為清潔能源的可持續(xù)發(fā)展的技術(shù)。但是目前報(bào)道的大多數(shù)光催化材料由于受到載流子分離效率低、嚴(yán)重的表面重組和光響應(yīng)范圍窄而嚴(yán)重限制了它們的應(yīng)用。
為解決該問題，團(tuán)隊(duì)提出了將金屬有機(jī)框架（MOF）衍生的多孔碳質(zhì)材料（CNCo-Fe3O4）與超薄的ZnIn2S4納米片耦合，提升復(fù)合載流子分離/遷移效率、調(diào)控面內(nèi)載流子分布、增強(qiáng)了表面反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，實(shí)現(xiàn)了高效和穩(wěn)定地光催化析氫。該研究成果以研究論文的形式發(fā)表于Journal of Materials Chemistry A, 2022, 10, 22453–22467 (JCR1區(qū)top，IF=14.51)。中國石油大學(xué)（華東）為第一署名單位，2021級(jí)博士生羅惠華為第一作者，于濂清教授為通訊作者。
3.高效穩(wěn)定的γ-NiOOH/ZnCdS光催化劑開發(fā)
開發(fā)高性能氫氣析出活性和穩(wěn)定的可見光驅(qū)動(dòng)的光催化劑是非常重要的，遲緩的氧化過程和空穴積累是高催化活性和光穩(wěn)定性的主要障礙。通過原位水熱法制備了一種高效的γ-NiOOH/ZnCdS光催化劑。γ-NiOOH納米片分布在ZnCdS納米球表面并加速空穴轉(zhuǎn)移。γ-NiOOH/ZnCdS光解水產(chǎn)氫性能最優(yōu)可達(dá)到 48.6 mmol/g·h，相對(duì)于常用的β-NiOOH/ZnCdS(27.4 mmol/g·h)提升了1.8 倍，其表觀量子效率可達(dá)到 18.23% (400 nm)。此外，該光催化劑即使在儲(chǔ)存一年后也表現(xiàn)出良好的光穩(wěn)定性。相關(guān)研究論文發(fā)表在International Journal of Hydrogen Energy, 2022, 47(64): 27516-27526 (IF=7.139)，2018級(jí)碩士研究生楊錢龍為第一作者，于濂清教授為通訊作者。
于濂清教授團(tuán)隊(duì)在光催化材料、光電化學(xué)、光解水制氫、磁性催化劑、稀土永磁釹鐵硼(NdFeB)材料等方面取得成果，主持國家自然科學(xué)基金、山東省自然科學(xué)基金等10余項(xiàng)，獲浙江省科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)、青島市技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)、青島市青年科技獎(jiǎng)等。在國際知名學(xué)術(shù)期刊Journal of Materials Chemistry A, Nano Letters, Nanoscale, Nano research, Sensors & actuator B: Chemical等共發(fā)表論文100余篇，擁有授權(quán)國家發(fā)明專利28項(xiàng)。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1007/s12274-022-5079-7
https://DOI: 10.1039/D2TA06818D
https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2022.06.093