III. 太阳能-燃料转化系统

　　主要研究内容

　　1、低维纳米催化剂可控合成、自组装和化学集成

　　2、光催化污染物降解与光催化产氢反应

　　3、低成本光伏-电解水制氢联用系统

　　代表性成果：

　　1、CeO₂纳米立方合成与自组装

CeO₂纳米立方与自组装（J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 9330）

　　课题组采用简单的溶剂热界面反应方法合成了CeO2纳米立方，发现了表面偶极作用驱使的纳米晶粒自组装过程，并发现调节表面络合剂的吸附/脱附平衡可使“定向聚集”的晶体生长方式理性化为可控制备无缺陷纳米单晶的新方法，这种新的纳米晶制备方法是不同于传统的“Ostwald”式晶体生长过程的另一种纳米晶生长方式，对高质量纳米晶材料的合成化学和天然矿化过程具有普遍指导意义。对聚集过程的深入理解，使得我们能够把这种看似缺点的聚集行为发展为一种制备三维交联介孔材料的理性方法。

　　2、氮掺杂的纳米TiO₂的可见光催化性能

　　 课题组发展了原位掺氮进入TiO₂晶格的制备方法（前驱物分解法），氮的掺杂和氧化钛的晶化同时进行，避免了TiO₂直接氮化或者TiN氧化而引起的晶格形变。硫脲、尿素等氮源都可以与钛酸丁酯形成含有Ti-N键的金属有机配合物，然后通过高温分解得到氮掺杂的氧化钛纳米晶，这个过程中氮元素可以有效掺入氧化钛的晶格，并具有高的可见光催化活性。不同形貌的氧化钛纳米结构可以通过简单的表面氮化处理，从而使其产生可见光催化活性。表面氮化处理并不会破坏纳米结构的基本结构和形貌，氮化后的产物表现出良好的可见光催化活性，并且其结构对光催化活性的影响的优势依然得到了保持。这为从紫外光催化向可见光催化的过渡提供了一种有效的方法，也推进了光催化的真正实用化进程（可见光催化的最终实现）。

氮掺杂纳米TiO₂可见光催化降解污染物（J Am Ceram Soc 2004, 87, 1803）

　　3、非贵金属助催化剂异质结构建及光催化产氢性能研究

　　课题组通过水热、溶液腐蚀剥离等手段构建了非贵金属助催化剂异质结，从而取代昂贵的铂、铑、钌等贵金属助催化剂，用于光催化分解水制氢，通过优化材料形貌并调控材料能带结构，提高了光催化产氢活性。

非贵金属助催化剂异质结构建及光催化产氢性能