有机小分子对氮化碳材料改性及光催化产氢性能研究开题报告

 2021-08-08 12:08

全文总字数:2593字

1. 研究目的与意义

随着化石能源的枯竭和生态环境的破坏,能源短缺和环境污染问题引起了人们的高度重视, 通过光催化技术将低密度的太阳能转化为高密度的化学能,实现分解水制氢,是解决未来能源短缺的重要方法之一。

开发设计高效、稳定、环保、低成本的捕光材料是实现光催化制氢技术实际应用的关键。

本实验拟设计合成一类苝二酰亚胺分子(PDI),利用非共价键力,如氢键、偶极-偶极相互作用、π-π堆积相互作用、范德华力、疏水相互作用及静电相互作用等,调控PDI的自组装,使其形成具有特定形貌与官能团的纳米结构聚集体,进而获得较大的激子扩散长度与较高的电子迁移率的超分子聚合物,用于光催化水分解制氢。

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2. 国内外研究现状分析

研究表明,光催化过程一般分为三步。

首先形成电子-空穴对,由入射光子激发半导体的价带电子跃迁至其导带,留下等量的空穴位点;第二步,电荷迁移,激发态的电子及空穴迁移至半导体表面;第三步,发生氧化或还原反应,光生电子与光生空穴分别与表面吸附的电子受体(A)电子给体(D)反应,完成一系列氧化还原反应[1,2]。

需要注意的是,在第二个阶段中容易会发生光生电子-空穴对复合,以热辐射或光辐射的方式将能量消散掉。

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3. 研究的基本内容与计划

研究内容:用苝酐 (PTCA) 和酰肼反应生成苝二酰亚胺 (PDI) 及其衍生物,测试产物与氮化碳复合后的催化水产氢性能。

研究计划:2019年2月 文献收集、实验方案制定2019年3月-5月 实验,收集数据2019年5月-6月 整理、分析数据,完成论文并且答辩

4. 研究创新点

苝二酰亚胺 (PDI) 是一类具有较高的光、热稳定性,较高的电子亲和力及载流子迁移率的 n型有机半导体材料,催化水产氢性能较好,合成过程也较为简单。

PDI和氮化碳容易通过分子间弱相互作用在THF中复合,可以研究PDI对氮化碳催化水产氢性能的影响

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