光解水催化剂的受激结构调控的原位同步辐射研究

项目名称： 光解水催化剂的受激结构调控的原位同步辐射研究

项目编号： No.11305174

项目类型： 青年科学基金项目

立项/批准年度： 2014

项目学科： 数理科学和化学

项目作者： 何劲夫

作者单位： 中国科学技术大学

项目金额： 29万元

中文摘要： 利用半导体材料光解水产氢以有效的转换和存贮太阳能来实现太阳能的连续供应，是解决能源危机与环境问题的有效途径之一，对我国未来经济的可持续发展战略具有重要的现实意义。目前，半导体光电极材料的产氧活性普遍较低，严重地影响了其对太阳能水分解的能量转换效率。本项目拟提出一种电致诱导调控半导体材料离子结构分布的新制备方法，获得表面原子和电子结构可控的Co3-xNixO4纳米棒产氧催化剂，实现其催化产氧性能的大幅提高。同时，利用原位同步辐射XAFS技术以及常规UV-vis吸收谱、EPR、XPS等结构探测手段深入研究不同激发参数下Ni、Co离子的局域结构、化学环境和元素分布的变化以及相互之间的关联，掌握电场诱导下结构和性能变化的规律；结合第一性原理计算获得催化剂结构调整的模型及其对性能影响的根源，为进一步合成和调控高效稳定的光解水Co3O4基催化剂提供实验基础和理论依据。

中文关键词： 同步辐射；太阳能；光电极；X射线吸收精细结构；四氧化三钴

英文摘要： To successfully convert and restore solar energy into hydrogen through the water photolysis process via semiconductor material is crucial for the continuous supply of solar energy conversion and storage of solar hydrogen production photolysis. This provides an effective approach to solve the energy crisis and environmental issues and is significant for the sustainable development of China's future economic strategy. Currently, the electrochemical activities of conventional semiconductor photoelectrode materials are generally low, which seriously affect the energy conversion efficiency of the photo induced water splitting. This project intends to deeply investigate the discipline of atomic and electric structure changes of Co3-xNixO4 electrode under different electric field via in situ synchrotron radiation XAFS and electrochemical analyse. Hereafter, the electrode structure of Co3-xNixO4 material can be probably controlled and the oxygen evolution efficiency can be significant improved. In situ UV-vis spectra, EPR and XPS are also employed to probe the evolution of local structure, chemical environment and element distribution of Ni and Co ions. Combining with the DFT calculation, the model of structure rearrangement and its imfluence on catalytic property can be established for the future design of highly effic

英文关键词： Synchrotron radiation；Solar energy；photoanode；XAFS；Co3O4