有机半导体可见光催化环境净化与太阳能能源转化研究

报告时间：2023年4月13日 14：30——16：00

报告地点：学汇楼-311房间（智慧教室）

报告题目：有机半导体可见光催化环境净化与太阳能能源转化研究

报告人简介：

朱永法，清华大学化学系教授、博导，国家电子能谱中心常务副主任。分别从南京大学、北京大学和清华大学获得学士、硕士和博士学位以及在日本爱媛大学从事博士后研究工作。1988.7月到现在，一直在清华大学化学系工作，从事能源光催化、环境光催化及光催化健康的研究。

承担了国家973项目、863项目、国家自然科学基金重点、国家自然科学基金仪器专项，国际重点合作项目和面上项目等基础研究课题，同时，还承担了企业的有关吸附净化材料、光催化材料及其在空气和水环境净化方面的应用课题。

获得教育部跨世纪优秀人才及国家自然科学基金委杰青年基金资助。获得国家自然科学奖二等奖1项, 教育部自然科学奖一等奖2项、二等奖1项，教育部科技进步奖二等奖和三等奖各1次。发表SCI论文479篇，高被引论文42篇；论文总引42800余次，H因子为118。2014-至今，Elsevier高被引学者（化学），2018-至今，科睿唯安“全球高被引科学家”（化学）， 2021年度全球顶尖前10万科学家排名第851位。

学术兼职有Science for Energy and Environment（SEE）创刊主编，Applied Catalysis B 副主编，中国感光学会副理事长兼光催化专业委员会主任，北京市室内与车内环境净化行业协会会长。中国分析测试协会常务理事，中国化学会环境化学专业委员会委员；环境与能源光催化国家重点实验室学术委员会委员；教育部资源化学重点实验室学术委员会副主任。

报告摘要：

有机半导体可以通过调控前驱体分子生色基团和助色基团的结构，实现光催化剂的宽光谱响应、消光系数高以及能带结构可调控。合成的PDI、卟啉和HOF系列超分子和聚合物光催化剂，在可见光辐照下，不仅可以降解和矿化苯酚等难降解的污染物，还可以分解水产氢和产氧。

构建了氢键自组装的PDINH全有机超分子结构，可见光活性可拓展到730nm。该自组装PDINH超分子光催化剂具有优异的可见光降解苯酚与光解水产氧（无助催化剂）活性。在可见光辐照下，污染物降解性能达到了C3N4的16倍，其产氧性能达到34.6umolg-1h-1。成功构筑高度结晶的尿素-苝酰亚胺聚合物光催化剂，产氧性能达到3.2mmolg-1h-1，比常规PDI超分子光催化剂提高106.5倍。Urea-PDI的高结晶度和强的分子偶极促进了内建电场提升，从而促进光生载流子的分离和传输。通过咪唑熔盐制备获得的PDI高结晶超分子，其产氧性能可以达到40.6 mmolg-1h-1,400nm处的量子效率达到10.4%。利用产氢活性的C3N4光催化剂与产氧性能的尿素-苝酰亚胺聚合物光催化剂耦合，实现化学计量比的全解水产氢产氧，STH达到0.3%。

构筑了四苯羧基卟啉的超分子光催化剂SA-TCPP，在全光谱辐照下可实现产氢和产氧(40.8和36.1μmolg-1h-1)，并具有高效降解污染物活性，其性能达到了C3N4光催化剂的10倍以上。并发现共轭结构是调控产氢和产氧性能的关键因素，分子偶极是决定光催化活性的关键因素。该催化剂同时具有优异的产双氧水性能，具有光催化自芬顿降解性能。当卟啉超分子与锌配位后，可以把还原电位从-0.36V提升到-1.01V，产氢能力提升85倍，达到3.5 mmolg-1h-1。此外，可以通过分子内电子给体-受体（D-A）如苯磺基卟啉TPPS/C60-NH2光催化剂或D-A界面促进电荷迁移，提升其产氢性能。当苯磺基卟啉与C60构筑超分子DA体系，其产氢能力可以到33.00 mmolg-1h-1。基于前驱体分子的生色基团和助色基团以及分子偶极，获得了具有产氢性能达到120 mmolg-1h-1和1046 mmolg-1h-1的四羧基苝和HOF超分子。此外，有机半导体光催化剂还具有非常优异的产双氧水能力,太阳光转换效率达到1.8%。

建立了基于有机超分子光催化快速杀灭癌细胞和实体瘤的新方法。无金属的超分子光催化剂具有生物安全性，无毒无害特性。并可以通过肿瘤细胞对纳米颗粒尺寸的选择性，实现自动靶向给药，对正常器官没有副作用。在红光（>650 nm）辐照下，被吞噬到肿瘤细胞内部的光催化剂产生强氧化性光生空穴，从内部快速杀灭癌细胞，可以在10分钟内消除直径10mm的肿瘤块，对肿瘤的治愈率达到了100%，大幅提高了小鼠的成活率。该有机光催化肿瘤治疗方法具有很好的应用前景。

轮机工程学院

2023年4月12日