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西北师大甘肃省生物电化学与环境分析重点实验室在卟啉光电化学研究领域取得最新进展

    随着现代工业的快速发展,“能源危机”和“环境污染”已然成为当今世界面临的两大难题。因此,开发绿色、可持续的催化体系势在必行。而每秒释放173000 TW的太阳能被视为一种友好的清洁能源,人们希望以此来进行太阳能的转换与应用。为此,更多的科学家将目光投向了光驱动的化学反应,也即利用半导体材料对太阳能的捕获分解水产氢,为洁净的氢能源取代化石燃料提供了可能。然而,如何更好地提高光催化产氢的效率和光催化剂的稳定性,是目前光电化学领域所面临的关键科学问题。CdS因其适合的能带位置以及带隙宽度,被广泛地用作光催化水的分解。然而快速的光生载流子复合以及严重的光腐蚀问题,使其在光电化学和光催化领域的应用被严重的限制。卢小泉教授课题组长期致力于卟啉类生物分子电子转移机制的研究,首次提出了薄层界面的多步电子转移理论,同时建立了紫外可见光谱扫描电化学显微镜新技术新方法,对纳米材料表界面过程进行原位、精准地动态监测,获取表面缺陷、活性位点及微界面上电荷转移动力学信息,为高性能半导体光电催化体系设计提供了强有力的支持。近期,课题组提出了一种一石二鸟的策略,即在纯水的条件下实现了CdS复合材料高的光催化活性和稳定性,通过热回流的方法在CdS纳米片上引入锌的卟啉分子(ZnTHPP),发现该集成体系(CdS/ZnTCPP)在无任何牺牲剂的情况下展现出高的光催化活性(约是纯材料的6.4倍)和良好的稳定性(15h),而实现这一结果的原因是内部化学反应所构建的新型的空穴转移通道,该电荷转移通道的建立可以加快空穴转移的动力学,从而实现本体材料高的电荷分离和稳定性。相关成果发表在国际著名期刊《先进功能材料》(影响因子:15.62)上(Adv. Funct. Mater. 2019, 1902992),卢小泉为通讯作者,西北师大化学化工学院为第一通讯单位。


   ZnTHPP/CdS NSs纳米复合材料的光催化产氢机制
   

    以上工作得到了国家自然科学基金、教育部创新团队项目、甘肃省自然科学基金、西北师大化学化工学院、甘肃省生物电化学与环境分析重点实验室的支持。


   

    教师节前夕,西北师大党委书记张俊宗及学校相关部门专程来到甘肃省生物电化学与环境分析重点实验室,看望慰问课题组成员,详细了解了重点实验室的研究方向和设备配置情况,并与卢小泉和课题组成员进行深入交流。他希望实验室建设做好发展规划,紧紧围绕国家发展战略目标,与甘肃省的经济发展紧密结合,突出特色、亮点和实用性。同时,积极联系邀请国内外知名专家学者来校交流,努力吸引优秀的科研人员来校工作,为重点实验室建设建言献策、搭建更大的平台,带动科研队伍和学科建设再上新台阶。

(编辑/何添添)