研究领域

随着能源需求加大,以及化石能源的开发所带来的环境污染,发展清洁可再生能源对于人类发展至关重要。太阳能具有清洁、无污染、储量巨大等优点,但是也存在能量密度低、不连续、不稳定等缺点。如果能将丰富的太阳能高效、低成本地转化为电能或化学能,无疑对于构建可持续的能源体系意义重大。实现太阳能有效转化的关键是开发高效、稳定、低成本、低毒的光电功能材料。我们的工作即围绕新能源光电材料的制备以及高效器件的开发展开。

 

 

(1)太阳能光催化产氢(人工光合作用)研究
受绿色植物光合作用的启发,以实现太阳能光化学转化为目的光(电)催化制氢技术,因反应条件温和、产氢纯度高、制储结合等优势,是解决能源和环境问题的有力途径。然而,传统光
(电)催化剂受制于电荷迁移慢、界面反应势垒高等因素,能质传输和转化效率低,催化活性有限,严重制约该技术的产业化应用。本研究组工作围绕微尺度强化太阳能光(电)催化制氢的能质传输和转化这一关键科学问题,从催化剂的微纳米结构调控出发开展一系列工作。光(电)催化降解气相与液相污染物工作也均有涉及。 

 

 


(2)高效电催化材料及助催化剂的开发
高效非贵金属电催化材料/助催化剂的开发是分解水制氢的重点和难点。通过对Ni基和Cu基助催化剂的定向调控,实现助催化剂微观结构可控。揭示电荷界面传输及表面反应动力学机制,建立催化剂的分散性、尺寸、成分等微观结构与光
(电)催化产氢活性之间的内在关系,可为进一步定向设计高效低成本助催化剂提供指导。 

 

        



(3)新型绿色低成本太阳能电池材料的设计
Cu2ZnSnS4(CZTS)、CIGS等铜基硫属化合物具有吸收系数高、毒性低及元素丰富的优点,是十分有潜力的低成本光电功能材料。提出自掺杂策略调控CZTS材料的点缺陷,优化电荷传输。自掺杂仅通过掺杂半导体自身元素,避免外来元素掺杂引起的晶格失配等问题,有效提高了光电催化性能,为构建高效光伏器件奠定基础。

 



(4)光电功能材料电荷传输动力学测试
利用飞秒级瞬态吸收光谱等超快时间分辨技术,实现半导体光催化剂电荷动力学的原位分析。如CdSe量子点经过TiO2复合后,具有更高导带的CdSe样品信号衰减严重,光生电荷迁移更快,光催化活性更高。指出选择具有合适能带位置的半导体进行匹配十分重要,可为开发新型高效光电材料提供指导。

 


 

基金项目

 

9. Ni基助催化剂的微结构调控对g-C3N4光催化性能的影响机制, 2018.07-2021.06, 绿色催化四川省高校重点实验室开放基金, 主持

 

8. 太阳能光催化多相流能质传输集储强化技术及其应用转化, 2018.12-2021.12, 陕西省技术创新引导专项(基金), 主持

 

7. Cu2ZnSnS4光电功能材料成分、结构和性能的自掺杂调控及其作用机制, 2017.01-2019.12, 国家自然科学基金(青年基金), 主持

6. 光催化产氢非贵金属助催化剂NiS和CuS的定向调控及机理,2014.07-2016.06,中国博士后科学基金(面上一等)主持

5. 表面异质结有效构筑促进成分可调的硫锡锌铜光阴极分解水产氢研究,2015.01-2017.12,西安交通大学基本科研业务费国际前沿与自主创新类项目,主持

4. 铜锌锡硫薄膜太阳能电池材料的自掺杂调控机制研究,2017.01-2019.12,西安交通大学新教师科研支持计划,主持

3. 高效低成本直接太阳能化学及生物转化与利用的基础研究,2009.01-2013.12,国家科技部973计划,参与

2. 低成本规模化太阳能连续制氢关键技术及其示范,2012.01-2014.12,国家科技部863计划,参与

1. 能源高效节约和可再生转化利用的多相流理论基础,2009.01-2011.12,国家自然科学基金创新研究群体科学基金,参与