多种纳米结构Fe掺杂TiO2光热耦合水分解制氢研究

氧空位是材料缺陷工程的重要组成. 基于光生氧空位的直接热利用, 实现纯水分解制氢的光热耦合实验, 被认为是太阳能综合利用的有效途径. 以多种制备方法合成的TiO₂纳米材料为基础, 研究了多种形貌纳米TiO₂及其Fe掺杂改性材料的光热耦合反应能力. 通过高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、 X射线衍射(XRD)和电子顺磁共振(EPR)对晶体特征进行表征, 利用漫反射光谱(DRS)、 光致发光(PL)和三电极测试法表征了材料的性能, 并结合密度泛函理论(DFT)计算了产氢反应路径. 研究结果表明, 溶胶-凝胶法制备的纳米颗粒相比水热法制备的纳米片及纳米线, 体相内缺陷较多, 载流子强度高, 光热耦合产氢效果较差. Fe掺杂改性扩展了光响应, 增强了载流子分离和寿命, 降低了电子传输阻抗, 利于光反应过程中光生氧空位的形成, 克服了制氢反应中的关键能垒. 同时, 纳米材料中的缺陷促进了Fe离子的有效掺杂, Fe掺杂TiO₂纳米颗粒的光热耦合平均产氢量为9.73 μmol/g, 性能提升达13倍.     

Ni离子替位掺杂TiO2增强光热化学循环还原CO2研究

利用溶胶凝胶法（Sol-gel）制备纯TiO₂（ST）及Ni掺杂TiO₂（NT）纳米薄膜,将其应用在光热化学循环（PTC）还原CO₂中进行机理研究,并与商用P25（PT）进行对比.结果表明利用NT进行CO₂还原,每个循环得到的平均CO产率最高为5.30 μmol/g-cat,分别是利用ST与PT得到CO产率的3.13倍与2.28倍.利用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线能量色散谱（EDXS）及X射线衍射技术（XRD）研究样品的物质组成、晶体结构与形貌.稳态与时间分辨固体光致发光光谱（PL）、紫外可见漫反射光谱（UV-vis DRS）和X射线光电子能谱（XPS）被用来进行材料光学性能及表面态检测,从而得到反应中激发电子转移机制.利用第一性原理计算研究材料表面氧空位形成能、态密度（DOS）及分态密度（PDOS）.结合实验表征与理论计算,理清控制PTC反应进行的关键因子.     

基于锌锗二元氧化物的光热协同分解CO2研究

本工作为非Ti基光热协同材料研究，使用溶液沉淀法制备了ZnO/Zn₂GeO₄复合材料（Z/ZGO）应用于光热协同分解CO₂.使用透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射技术（XRD）、紫外可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）、X射线光电子能谱（XPS）等表征手段对材料的形貌、光响应以及氧空位对反应的影响进行研究.锌锗二元氧化物复合材料综合两种半导体的优势，形成异质结，扩展了材料光谱响应范围，提高了材料氧空位形成能力，使得CO产率提高至单纯ZnO样品的5.55倍，并具有较好的循环稳定性.对扩展光热协同催化材料体系，进一步深化光热协同反应机理以及提升反应产率具有一定的前瞻和指导作用.