第一指导教师主要成果:
1. 荣获2019年度江西省自然科学奖二等奖(排名第二);
2. 主持在研国家自然科学基金项目1项;
3. 发表SCI高被引论文2篇,其中一篇目前被引200多次;
4. 指导2018年南昌大学大学生创新创业训练计划项目(校级):镍复合石墨相C3N4的染料敏化光催化制氢(已结题)。
一、申请理由:
课题组成员是化学学院化学的学生,主持人黄铭涛是大二学生,学习刻苦钻研,成绩优秀。对于化学的科研工作充满热情,也学习积累了一定化学各科知识,具有较强的自觉意识和实验能力。罗迪、蒙海凤为大一学生,在大学1年的时间里学习了无机化学专业课知识,做了无机化学实验,掌握了一些基本的实验操作,具有一定分析问题。课题组成员对创新实验有着浓厚的兴趣,在课余时间也会积极查看课外书籍,阅读一些文献,想通过这次机会得到很好的锻炼,增长自己的见识,提高自己的专业知识水平。
二、项目方案:
1、 项目研究背景(国内外的研究现状及研究意义、项目已有的基础,与本项目有关的研究积累和已取得的成绩,已具备的条件,尚缺少的条件及方法等)
随着世界各国经济蓬勃快速地发展,人类对能源的需求量与日俱增。现今,推动经济发展的还是以煤和石油为主,但是它们作为两种不可再生的传统化石能源,储存量已经越来越少,甚至面临开采殆尽的趋势。
氢能作为一种清洁、可再生的能源引起了人们的广泛关注,利用太阳光光催化分解水制氢被认为是最为理想和最有前途的氢能开发手段之一。最近几十年以TiO2为代表的光催化降解水体中的有机污染物的理论和应用受到了广泛关注,但是由于氧化物半导体的带隙较大(TiO2的Eg=3.2 eV),只能吸收自然光中的5%左右的短波长(<400 nm)、高能量紫外光,因此对太阳能的利用效率极低。而可见光波段(波长400~750 nm)则占太阳总能量的43%,如果能够有效利用可见光,那是非常有意义的。
ZnIn2S4是一种新型的三元复合硫化物,其光导增益较高,能在可见光区响应,并具有较好的光稳定性和极低的暗电阻,目前被广泛应用于光催化分解水制氧、制备太阳能电池、降解染料等领域。但是,单一组分的ZnIn2S4光催化剂光生电子很容易和光生空穴复合,从而降低了光催化效率。为此, 研究者们对ZnIn2S4进行改性, 如控制晶体结构形貌、掺杂和复合等,能促进光生载流子的有效分离,从而提高半导体的光催化活性。
李越湘教授所在的课题组一直从事光催化制氢方面的工作,有丰富的经验,实验室具
备催化剂制备和表征的基本仪器和设备。前期工作表明利用非贵金属磷化镍分解甲醛制氢,有良好的效果。一些表征,如高分辨透射电镜等可以到兄弟院校或中科院等进行。
2、项目研究目标及主要内容
本项目拟用水热法合成ZnIn2S4固溶体,通过稀土离子掺杂或SiO2复合等手段,提高其光催化制氢活性。制备1-2种活性高,稳定性好,能有效利用太阳能的制氢光催化剂。
3、项目创新特色概述
金属离子掺杂ZnIn2S4固溶体有一些文献报道,但利用稀土离子掺杂或SiO2复合提高其光催化制氢活性未见文献报道,是本项目创新点及特色。
4、项目研究技术路线
1)光催化剂材料制备
以硫酸铟,硫酸锌,硫代乙酰胺为前驱体,通过一步水热法制备ZnIn2S4固溶体光催化剂。通过稀土离子La3+,Eu3+,Ce3+等掺杂或正硅酸乙酯水解复合,制备稀土离子掺杂或SiO2复合光催化剂。
2)用气相色谱检测氢气。
3)通过XRD光谱等表征催化剂结构;用SEM、TEM等观察催化剂的形貌;用XPS、EDS等分析催化剂的组成。
5、研究进度安排
2020.07—2020.12 催化剂的制备
2021.01—2021.06 催化剂的表征和结构分析
2021.07—2021.12 催化剂的制氢性能比较
2022.01—2022.06 总结实验数据,撰写实验报告
6、项目组成员分工
黄铭涛:全面负责课题的实验方案设计,催化剂制备与表征。
罗迪、蒙海凤:催化剂制备和制氢性能研究。
三、学校提供条件:
1.鼓励教师吸收本科生参与课题组科研活动,有实验室面向项目组成员开放,免费提供实验仪器设备。
2. 学校给与省级创新训练项目1万元/项的资助,
3. 学校设立南昌大学“大学生创新创业训练计划项目”优秀组织奖,对组织得力、实施效果显著的学院给予表彰与奖励。
4. 经导师同意,可将申报的“大学生创新创业训练计划项目”作为毕业论文。
5. 学校设立南昌大学“大学生创新创业训练计划项目”优秀成果奖,评选优秀项目,并设立南昌大学“大学生创新创业训练计划项目”优秀指导教师奖,对指导创新实验项目成绩突出的教师给予表彰与奖励。
6. 对参与项目并完成结题的学生给予学分认定。
四、预期成果:
1. 制备1-2种活性高,稳定性好,能有效利用太阳能的制氢光催化剂。
2. 力争在核心以上刊物发表论文一篇。
五、经费预算:
实验耗材:
制备催化剂原料(铟盐、镍盐、稀土、正硅酸乙酯等)6000元;
玻璃仪器(制氢装置、烧杯、试剂瓶等)3000元
图书资料费:
资料查询和打印 1000元