康振辉教授、邵名望教授与刘阳教授合作在Nature Communications上发表论文

  以水和氧气为原料进行人工光催化合成H2O2作为一种无污染的方法,引起了人们的广泛关注。由于地球上海水资源丰富,因此利用海水制备H2O2不仅可以缓解淡水资源短缺的问题,还可以大大降低反应的工艺成本。然而海水中的盐会消耗大量的光生电荷,发生不良的副反应,甚至使催化剂失活,这严重限制了光催化生产H2O2的工业化进程。迄今为止,利用光催化技术在海水中生产H2O2仍然是一个难题。此外,目前对于光催化过程中电荷的研究还不能给出催化反应过程中电荷变化的详细信息,不利于对催化机理的深入理解和分析。

  近日,苏州大学功能纳米与软物质研究院(FUNSOM康振辉教授、邵名望教授和刘阳教授等人首次利用自主设计和研发的原位瞬态界面动力学测试系统发现了碳点(CDs)的电子势阱效应,并揭示了盐离子对该电子势阱效应的增强机制。在此基础上,设计合成了一种基于碳点(CDs)电子势阱效应的非金属光催化剂(PM-CDs-30),同时在原位瞬态测试系统的协助下构建了热-动力学模型,获取了催化剂的反应速率、反应机理、催化动力学和最佳反应条件等重要信息,实现了对催化剂和催化反应的准确预测。实验结果表明,催化剂PM-CDs-30在真实海水中表现出增强的光催化活性,其H2O2合成速率可达1776 μmol/g/h,这一数值远高于在纯水中的产率。该成果以“A metal-free photocatalyst for highly efficient hydrogen peroxide photoproduction in real seawater”为题,在《Nature Communications》上发表。

   该瞬态光电测试系统可以原位获取催化反应机制与界面的电荷变化动力学信息。目前该系统的测试结果作为重要的实验数据,已支持多篇兄弟院校的科研论文发表于包括《Nature Communications》、《Angewandte Chemie International Edition》、《Nano Letters》、《Applied Catalysis B-Environmental》等重要学术期刊。

  邵名望教授与康振辉教授共同指导的博士研究生吴清瑶,是该文的第一作者。

作者信息:Qingyao Wu, Jingjing Cao, Xiao Wang, Yan Liu, Yajie Zhao, Hui Wang, Yang Liu*, Hui Huang, Fan Liao, Mingwang Shao* and Zhenhui Kang*

文章链接:https://www.nature.com/articles/s41467-020-20823-8

项目资助:This work is supported by National MCF Energy R&D Program (2018YFE0306105), National Key Research and Development Project of China (2020YFA0406104 and 2017YFA0204800), Innovative Research Group Project of the National Natural Science Foundation of China (51821002), National Natural Science Foundation of China (51725204, 21771132, 51972216, 52041202), Natural Science Foundation of Jiangsu Province (BK20190041), Key-Area Research and Development Program of GuangDong Province (2019B010933001), Collaborative Innovation Center of Suzhou Nano Science & Technology, the Priority Academic Program Development of Jiangsu Higher Education Institutions (PAPD), and the 111 Project. Finally, we would like to thank Prof. Haiping Lin for his contribution to the calculation part of this work.

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