理学院张健教授团队在水分解制氢领域取得系列重要进展

2019年06月18日 15:02  


近日,我校理学院应用化学系张健教授团队先后在光电/电催化水分解制氢催化材料的研究中取得重要进展,相关研究工作分别以第一作者/第一单位和通讯作者/通讯单位发表于材料科学领域顶级期刊先进材料(Adv.Mater.,影响因子: 21.95)和化学领域顶级期刊德国应用化学(Angew. Chem.-Int. Edit.,影响因子:12.102)。

光电/电催化水分解制氢能将光能或新能源产生的电能转化成便于储存、环境友好的氢能,是未来氢能时代的核心技术,理学院张健教授团队在该领域研究成果如下:

1)通过精确调控1,4-二乙炔苯与1,3,5-三乙炔苯的共聚作用,设计了一种全新的具有连续弯曲能带的梯度同质结材料(图1),这种结构有效促进了光生电荷载流子的分离与转移,从而2.5倍提高了光电催化水分解制氢效率,相关研究成果“Poly(1,4-diethynylbenzene) Gradient Homojunction with Enhanced Charge Carrier Separation for Photoelectrochemical Water Reduction”发表于Adv.Mater.,张健教授为共同通讯作者,我校为共同通讯作者单位。

2)利用聚合物具有在分子水平上可调控的带隙/位置和活性中心的可设计性,结合炔类聚合物的极化噻吩基单体可以很大程度上拓宽光吸收范围和促进电荷分离/传输以及C-C三键可以被转化为水还原的活性位点(图2),采用表面聚合缩聚法在商业铜泡沫上制备聚(2,5-二乙炔基噻吩[3,2-b]噻吩)用于光电催化水分解制氢,取得了聚合物类材料的最高产氢效率,相关研究成果“Molecular Engineering of Conjugated Acetylenic Polymers for Efficient Cocatalyst-free Photoelectrochemical Water Reduction”发表于Angew. Chem.-Int. Edit.,并被选为VIP(Top5%)论文,张健教授为共同通讯作者,我校为共同通讯作者单位。

3)基于在载体效应和界面效应在OER和HER电催化剂的研究中所取得的进展(图3),在Adv.Mater.发表综述论文“Support and Interface Effects in Water Splitting Electrocatalysts”,张健教授为第一作者,我校为第一完成单位。

图1.新型梯度同质结(p(DEB1-xTEBx))材料结构示意图

图2.不同共轭聚合物的带隙结构

图3.电催化分解水中界面效应和载体效应的示意图

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1.https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201900961

2.https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/ange.201904978

3.https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201808167


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