研究概述

SEECAT课题组专注于通过纳米催化方法进行太阳能转换和储存的领域，包括光催化、光电催化、光热催化和光伏电解。从水分解、可持续氨合成、选择性甲烷氧化和环境监测中生产氢气和过氧化氢是我们的专长。太阳能驱动催化涉及纳米材料设计、反应机理、反应器系统与工程三个主要研究方向。 SEECAT的角色就是连接这三个研究方面。我们的研究是连接化学、物理学、材料科学、量子力学和化学工程的跨学科研究。

纳米材料设计

太阳能驱动催化是一个复杂的过程，涉及多个步骤，包括光子激发、电荷分离、极化子形成、捕获、复合、电荷提取和表面催化。光致电子-空穴载流子的时间尺度比表面催化过程的时间尺度快多倍，难以进行有效调控，但对整体能量转换效率至关重要。 SEECAT 课题组通过纳米结构（0D、1D、2D 和 3D）、缺陷工程（氧空位、氮空位、金属空位、晶格畸变、外部掺杂等）、晶面工程和能带结构工程（掺杂、异质结、量子限制等）等合理的光活性材料设计策略来调控电荷传输。

反应机理-理论研究

SEECAT 课题组对光化学和光物理学领域的光致电荷传输相关性问题感兴趣。我们的理论研究解决了围绕极化子跳跃以及固体/固体和固体/液体界面的界面电荷转移的问题。我们结合先进的电化学和光谱表征以及理论模拟来了解光活性材料的基本特性，例如载流子的有效质量、载流子寿命、载流子迁移率、扩散长度、电导率/电阻率、空间电荷层、平带位置、和表面状态。SEECAT 课题组还通过密度泛函理论和先进的原位研究进行活性位点结构设计（例如界面、晶面、缺陷等）和中间活性反应物结合能研究（*H、*OH、*CO 等）。

反应系统及工程

SEECAT 课题组专注于传感、绿色催化、环境修复和太阳能燃料生产方面的应用。我们探索扩大催化剂合成和反应器系统的方法，用于 (1) 太阳能水分解和太阳能有机重整产生绿色氢气（目标太阳能制氢效率 >10%），(2) 可持续合成来自二氧化碳和甲烷转化的碳氢化合物燃料，（3）来自水氧化的过氧化氢合成，（4）来自氮/硝酸盐/亚硝酸盐还原的氨，（5）便携式光电化学传感装置。

光催化、光电催化和光热催化代表了能源和环境应用收集阳光的三种关键方法。在这三种不同的反应系统中，分配优异性能所需的要求是不同的。基于目标反应，SEECAT 课题组研究反应器设计的关键因素（例如，折射率、散射反射、传质、粘度、pH 梯度、产物分离等），这些因素通常决定光催化、光电化学和光热催化反应的性能。

资助机构