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《深圳先进院成功开发黑磷铂广谱光催化剂》

  • 来源专题：中国科学院亮点监测
  • 编译者： liuzh
  • 发布时间：2018-09-19

  •         近日，中国科学院深圳先进技术研究院喻学锋研究员课题组成功制备出黑磷/铂异质结光催化剂，在太阳光驱动的有机催化反应中展现出极好的光催化活性。相关成果在线发表于材料领域的顶级刊物《先进材料》。团队已申请相关专利，相关技术将依托团队所孵化的企业中科墨磷(MoPhos)进行产业化转化。

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相关报告

  • 《深圳先进院成功开发黑磷烯等离子体液相高效制备技术》
    • 来源专题：集成电路
    • 编译者：shenxiang
    • 发布时间：2019-11-30
    • 近日，中国科学院深圳先进技术研究院研究员喻学锋和正高级工程师黄逸凡合作在高质量黑磷烯制备领域取得新突破，相关研究成果"Rapid and scalable production of high-quality phosphorene by plasma-liquid technology"以通讯快报的形式发表在国际化学期刊Chemical Communications。论文第一作者是助理研究员黄浩，共同第一作者是博士康翼鸿，合作者包括教授朱剑豪、西班牙阿拉贡纳米科学研究所教授Ricardo Ibarra 等。 黑磷烯作为一种带隙可调的直接带隙半导体二维层状材料，在光/电子器件领域具有极大的应用潜力。目前，制备黑磷烯的主要方法是液相剪切/超声剥离法，但黑磷本身杨氏模量较小，长时间剪切/超声会导致磷烯片层较小和缺陷增多，且易发生氧化，从而限制黑磷烯的应用。因此，开发出制备高质量大尺寸黑磷烯的高效方法对于黑磷烯的应用至关重要。不同于固体、液体和气体，等离子体是由离子、电子以及未电离的中性粒子的集合组成，整体呈中性的物质状态，又被誉为“物质的第四态”。作为一种绿色的工业技术，等离子体技术已被广泛应用于材料表面处理、纳米材料合成以及半导体制造领域。但利用等离子体技术来制备黑磷烯的技术路线尚未有报道。 前期，团队在黑磷烯液相超声制备（Advanced Functional Materials 25 (45), 6996-7002）、离子插层（Small Methods, 1900083；Materials Horizons 6 (1), 176-181）等方向做了大量工作。在本项工作中，基于多年的黑磷烯制备经验和等离子体技术特色，团队自主设计出等离子体液相制备系统，包括电源模块、反应模块等。通过高压电源在阳极产生等离子体，作用于N,N-二甲基甲酰胺溶剂，等离子体中的活性粒子将N,N-二甲基甲酰胺分子分解，分解产物在电场驱动下对阴极黑磷晶体进行插层，同时在层间产生气体，弱化层间力，使得黑磷晶体快速膨胀，从而高效地制备出高质量大尺寸的黑磷烯。同时由于制备时间短，此方法制备的磷烯氧化程度低，展现出优良的光电响应性能，这为黑磷烯作为高性能电子材料的应用奠定了基础。 上述研究得到国家自然科学基金面上项目、中国科学院前沿重点项目、深圳市科技计划项目等的支持。
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  • 《日本开发全球首个可见光响应的酸性硫化物产氢催化剂》
    • 来源专题：中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
    • 编译者：guokm
    • 发布时间：2019-12-01
    • 传统的裂解水产氢催化剂在紫外波段有良好的光催化产氢能力，但不具备（或者只有微弱的）可见光响应能力。导致太阳能光谱利用率较低，产氢效果不佳。酸性硫化物半导体材料作为新一代光催化剂材料具备良好的可见光响应特性，但其在光照射下在水中自身容易分解，存在不稳定性，因此一直没有该催化剂实现稳定产氢的成功研究案例。 由日本东京大学Kazunari Domen教授课题组牵头的国际联合研究团队成功开发出了全球首个能够利用可见光将水稳定分解成氢气和氧气的非贵金属酸性硫化物光催化剂，能够有效地吸收利用640 nm以下（600 nm左右是太阳光中强度最高的波长范围）的太阳光实现稳定裂解水产氢，有助于大幅提升太阳光利用率和降低产氢成本。研究人员首先通过固态反应制备了酸性氧化物硫氧钛镱（Y2Ti2S5O2），X射线衍射表征显示产物为四方相，扫描电镜测试显示产物组成颗粒单元属于微米级别，平均尺寸为1-2 µm。紫外可见光谱测试表明Y2Ti2S5O2光吸收谱截止点在650 nm左右（即带隙宽度约1.9 eV），对可见光有良好的响应。莫特-肖特基曲线显示，Y2Ti2S5O2导带比水还原电势更负（产氢反应），而平带比水的氧化更负（析氧反应），即Y2Ti2S5O2带隙结构满足了裂解水产氢的动力学要求。接着研究人员利用化学吸附方法和两步光沉积法依次在Y2Ti2S5O2表面吸附上氧化铱（IrO2）纳米颗粒和均匀沉积氧化铬/铑（Rh/Cr2O3）纳米薄膜，即在Y2Ti2S5O2表面附上共催化剂以进一步提升催化活性。随后将上述共催化剂修饰的Y2Ti2S5O2置于硫化钠-硫酸钠溶液中（并调节了溶液的PH值为8-9左右）进行催化活性测试，结果发现催化剂能够有效吸收波长640nm以下的阳光并成功实现水的分解，进一步计算结果显示在420-480 nm之间氢气量子产量为5.3%，析氧的量子产率为2.3%；催化反应连续进行20小时后，仍可保持81%的初始光催化活性，表现出良好地稳定性。这是全球首次利用酸性硫化物光催化剂成功实现可见光驱动的裂解水产氢的研究案例。 该项研究设计制备了一种新型的酸性硫化物催化剂，通过共催化剂引入和反应条件优化，能够有效吸收波长小于640 nm的太阳光，实现稳定的分解水产氢析氧，为低价高效产氢提供了新的技术方案。相关研究成果发表在《Nature Materials》
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