多酸为媒介的光电催化-醇到醛有机氧化偶联反应研究

To solve the increasing grim global energy and environmental issues, the artificial photoconversion systems have been one of the most important scientific challenges in the 21st century. This project is intended to achieve a phtoelectrochemical (PEC) catalysis-alcohols to aldehydes organic oxidation coupled reaction, allowing direct conversion of sunlight energy into chemical productions and hydrogen. The main content is as following: (i) the design and fabricating of hierarchical structure semiconductor/ polyoxometallates (POMs) cocatalysts photoanodes; (ii) the design and synthesis of POMs with diverse reduction states; (iii) synthesis of high-value-added aldehydes product in the photoanode with hydrogen cogeneration in the cathode. This artificial photosynthesis system offers a new avenue for solar-to-chemical energy conversion technologies.

仿效自然界的光合作用，通过光感应材料利用光能将小分子原料转化为有机化学产品的人工光合作用，对于解决当前面临的能源和环境问题具有重要的意义。本项目基于光电化学分解水和有机化学合成的特点，以多酸为媒介，醇选择性生成醛为模型反应，构建光电催化-有机氧化偶联反应体系，实现利用太阳能在阳极附近生成醛类产品，同时阴极高效分解水制氢的“人工光合作用”。在构筑半导体/多金属氧酸盐(POMs)助催化剂光阳极基础上，以阳极生成活性的氧化态POMs替代产氧反应，POMs媒介在促进光阳极载流子分离的同时参与醇到醛的氧化反应。研究POMs组分、结构、氧化还原电势等性质与光电催化-醇到醛有机氧化偶联反应的协同作用机制，增强光生载流子到POMs再到醇类底物的转化途径和效率，进一步拓展光电化学和有机反应偶联的应用类型，为实现光电催化在人工光合作用领域的应用提供新思路。

研究将太阳能转化为清洁能量的载体氢气或者有机产品的人工光合作用，对于解决当前面临的能源和环境问题具有重要的意义。本项目基于光电化学分解水阳极反应和有机化学合成的特点，以多金属氧酸盐(POMs)等助催化剂为媒介，醇选择性生成醛为模型反应，构建光电催化-有机氧化偶联反应体系，实现利用太阳能在阳极附近生成醛类有机产品，同时阴极高效分解水制氢的“人工光合作用”。执行过程中，在光阳极的优化设计，助催化剂的修饰制备和光电催化-有机氧化偶联反应的特点研究等方面开展研究工作。包括（1）通过调控传统半导体的氧空位浓度、构筑TiO2金红石型/锐钛矿型同质结、引入酞菁铜光敏剂和NiFe-LDH水氧化催化剂等手段改善传统半导体光阳极的光电催化分解水的性能；（2）设计制备了微球型镍钴磷酸盐、氢氧化物，一系列还原型POMs等助催化剂，在电催化、光电催化等相关领域具有应用前景；（3）在BiVO4光阳极上，以{Sb8V54O124(OH)17}高核簇为媒介，实现了苯甲醇到苯甲醛的选择性高效转化，同时阴极能够高效产生氢气。以POMs等为媒介，通过抑制光电催化氧化水反应，实现了光电催化-有机氧化偶联反应过程。本项目研究工作一方面为设计制备光电催化阳极材料提供了新的制备方法和理论认识，同时为实现光电催化在人工光合作用领域的应用也做出了有益的探索。

内容获取失败，请点击重试