报告题目：有机半导体可见光催化环境净化、能源转化及肿瘤去除研究

报告时间：2024.10.20 15:20-16:00

报告地点：苹果版bd 粤海校区汇典楼二楼会议室

报告人：朱永法 教授

个人简介：朱永法,清华大学化学系教授、博导，杰青，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方面的研究。

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。在Nature Energy, Nature Catalysis，Nature Communication（5），Agnew Chem（10），Chem.（3）, Advanced Materials（10），EST（10）等刊物发表SCI论文565篇，高被引论文50余篇；论文总引52500余次，H因子为133。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，Green Carbon副主编；中国感光学会副理事长，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。

摘要：建立了有机半导体光催化剂的新方法，该方法可通过调控前驱体分子生色基团和助色基团的结构，实现宽光谱响应、高消光系数及能带结构的调控。成功合成了PDI、卟啉、HOF等系列超分子和聚合物光催化剂，在可见光下，不仅具有污染物降解和矿化高效性能，还可以消除抗性基因和全氟污染物。同时，还具有优异的可见光分解水产氢和产氧活性和CO2还原到乙烯、乙烷和乙醛的能力。此外，纳米有机半导体光催剂还具有自动靶向和快速消除肿瘤的特性。

构建了氢键自组装的PDINH全有机超分子光催化剂，可见光活性可拓展到730nm。具有优异的可见光降解苯酚与光解水产氧活性。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。构筑的高度结晶的尿素-苝酰亚胺聚合物光催化剂，产氧性能提高了106.5倍，达到3.2mmolg-1h-1。发现结晶度的提高不仅可以提升内径电场，还可以降低复合中心，从而促进光电荷的迁移。咪唑熔盐法制备的高结晶PDI超分子，其产氧性能达到40.6 mmolg-1h-1,400nm处的量子效率达到10.4%。构筑了四苯羧基卟啉的超分子光催化剂，实现了全光谱的产氢和产氧(40.8和36.1μmolg-1h-1)活性和高效的降解污染物活性。发现了光催化活性随分子偶极的增加而大幅增加的规律，并拓展到多个体系。通过卟啉超与锌配位形成的超分子，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特性，设计合成了具有高产氢性能的四羧基苝和HOF超分子，其产氢性能分别达到120 mmolg-1h-1和1046 mmolg-1h-1。利用C3N4光催化剂的微观结构，涉及制备了具有强产氢活性和强产氧活性的C3N4多相光催化剂，实现了高活性的产氢和产氧性能。通过尿素-苝酰亚胺聚合物高产氧性能光催化剂的耦合，实现化学计量比的全解水产氢产氧，STH达到0.3%。通过多氢键作用，把激子结合能降低到26meV，在近室温下光解水产氢效率达到了8.5%。

利用有机半导体的可见光吸收和强氧化能力，获得了多种具有高降解活性和矿化能力的有机半导体光催化剂。并形成三维网络结构，提升了吸附富集和原位降解能力。此外，还利用有机半导体光催化剂，实现了光催化产双氧水，其太阳光转换效率达到1.8%。并通过多巴胺的作用，降低了电子氧还原活化能，实现双途径产双氧水，SCC效率达到2.4%。并建立了光催化自芬顿连续流动降解有机污染物的新方法，不需外加药剂，实现有机污染物的高速矿化，实现无毒无害排放。

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。该光催化剂具有细胞和生物安全性。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。