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flylrh

铁杆木虫 (著名写手)

to be a Royal Chemist

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[交流] 香港中文大学余济美教授报告心得，欢迎大家交流~ 已有39人参与

今天听了香港中文大学余济美教授（Jimmy C. YU）的报告，题目是Little Things Mean A Lot，这里向各位虫友报告一下心得，欢迎大家交流。
余教授是知名的光催化专家，虫友有兴趣可以去他的主页看看：http://ihome.cuhk.edu.hk/~b111268/jimyu/index.html。据他自己的说法，他是1996年回到香港开始从事光催化方面的研究工作的。现如今已经做出了卓有成效的业绩。他目前身兼数职，是中文大学的化学系主任，同时也是联合书院的院长，和国内很多知名的光催化专家都是好朋友，也经常参加国内的学术会议。他的很多产品已经用于实际，比如帮助海鲜店的养鱼池进行杀菌处理（他本人也是养鱼高手），收到了非常好的效果。另外还和中文大学的建筑学院合作，准备在未来的建筑物上大面积安装光催化材料，比如自清洁材料。这些成绩都值得我们大家学习，也给我们这些做光催化的虫子很大的信心，确信我们做的研究还是有一定社会效益的。在这次报告会上，他讲了很多香港中文大学的人才培养机制，也提到了2009年诺奖得主，高琨。高琨教授曾经是香港中文大学的校长，和余教授私人感情非常好，经常一起打打网球，聊聊天。另外他也和光催化的鼻祖，日本的Fujishima教授有密切的往来，被邀请参观那个非常著名的Fujishima-Honda effect的催化产氢装置，也去了那个号称日本政府赠送，且全部利用太阳能发电的Fujishima家中住过（据说他家很小）。
闲话不多说，余教授目前的得意之作应该是2002年发表在Chemistry of Materials上一篇论文，题为“Effects of F-doping on the photocatalytic activity and microstructures of nanocrystalline TiO2 powders”，目前这篇论文已经被引用超过600次。自这篇论文以后，很多光催化学者都去从事非金属掺杂TiO2的改性研究了。那么为什么F的掺杂会有那么好的效果？我想这得益于F元素很强的电负性，可以有效减小电荷的复合。此外，很多原本光催化性能不怎么样的材料，通过HF的处理，也会变成非常好的可见光材料，比如，香港城市大学李述汤院士2009年发表在JACS上的一篇论文，就讲了Silicon经过HF处理之后，在表面接了很多H原子，马上变成了非常好的可见光催化剂，原因是H原子是很好的electron sinking sites，有助于电荷的分离。不过，我觉得这篇论文还是有些缺陷的，因为里面提到Silicon在可见光照下，会产生OH自由基，而实际情况是Silicon的价带电位还不足以产生OH自由基，所以更为可能是O2被电子还原成为活性氧物种，从而引发了一系列的氧化反应，另外F是否也有影响也没有做很好的考量。有趣的是，李述汤院士原本也是在香港中文大学拿的本科学位。

这次报告中，余教授主要介绍了他最近的得意之作（见上图），即利用我们都知道，但是从未用过的材料，红磷（Red phosphorus）做了可见光分解水的实验。这项工作的原创性是非常高的，首先，红磷是非常普通，价格便宜，earth abundant的材料；其次，红磷是单元素的非金属材料，有着非常好的可见光吸收性能，从400 nm到700 nm都可以有效吸收；第三，只要经过简单的改性，比如Pt负载或者和YPO4形成compsite就能大幅提高产氢效率，第四，稳定性还不错。不过让我感到意外的是，这篇论文发表在了Applied Catalysis B: Environmental上，也许是余教授想尽快占领这个领域，所以投了低一点但是必中的杂志。其实按原创性来说，这些结果发在JACS上都是很正常的事情。为什么这么说呢，因为很多从事光催化的虫子都知道，2008年Wang Xinchen教授发表在Nature Materials上的一篇论文（A metal-free polymeric photocatalyst for hydrogen production from water under visible light），讲的就是利用C3N4做可见光分解水。这篇论文结合了东大的Domen教授，马普所的Markus Antonietti教授等大牛，所以虽然分解水的效率很低，利用的还是甲醇这类牺牲试剂，且用了Pt做为co-catalyst，但还是发表在了牛刊上。C3N4是非金属材料，其实和红磷是有异曲同工之妙的，加上Wang Xinchen本来就是余教授的学生，所以利用红磷做可见光分解水发在JACS上是不为过的。之前我和余教授讨论的时候，我说到现在为止，很多做光催化的研究者一直在考虑半导体光催化，比如要去分解水，材料必须要有个禁带，光一打，空穴-电子对产生了，才有氧化还原水的能力。但现实情况是，比如红磷，比如C3N4，要说它一定有禁带当然可以，就算是金属，也有禁带，只是很小罢了，但是否一定需要这样的条件，我有疑问。加上这些材料多数只能还原水，而非氧化水，也就更难用禁带宽度说事了。但是不这么说，审稿人肯定有意见，所以不管是C3N4还是红磷，都用DFT理论计算证明了它们确实有禁带，而且导带价带位置刚好在分解水的那两个能级上下，这样一来审稿人就容易接受了。总之，余教授这篇利用红磷做可见光分解水是非常好的工作，一定会刺激后来的研究工作者从事这方面的工作。另外，我也发现了一个非常有意思的规律，就是一般搞科研的人，差不多8-10年会有一个周期，有了一个好工作之后，那么8-10年之后就会有一个新的突破，余教授在2002年发表了那篇F-doping的TiO2之后，10年之后又发现了红磷这种好材料，确实很好玩。还有金催化的鼻祖，春田正毅（Masatake Haruta）教授也有类似的说法，他说自己的突破性的发现，即纳米金低温催化氧化CO，催化烯烃环氧化，就是间隔了8-10年的时间，然后希望下一个8年会有另外一个重大的科研突破。我想这也是科研人的一大憧憬，一大乐事吧！
最后，听了余教授的报告，有个问题必须澄清一下，就是我们很多做光催化的虫子，包括我自己，总是把光催化鼻祖这个头衔加到Fujishima教授身上，其实不然，早在1938年，就有人系统的研究过TiO2光催化，论文期刊号是Trans. Faraday. Soc. 1938, 34, 570-579. 当然更早的还有，我也没好好找过。另外JACS. 1953, 75, 2850-2853，J. Ind. Chem. 1964, 67, 1136-1140也都是早期关于光催化的好论文。只是这些论文没有Nature那么吸引眼球罢了。
PS：我把帖子中提到的几篇文献放在附件里了，欢迎大家下载交流！[ 来自科研家族木虫催化 ]

[ Last edited by flylrh on 2012-4-6 at 21:27 ]

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