《原位生長n-Fe2O3/p-CaFe2O4光催化N/P異質結及光催化降解VOCs動力學研究》是依託東北大學，由曹鳳擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：原位生長n-Fe2O3/p-CaFe2O4光催化N/P異質結及光催化降解VOCs動力學研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：曹鳳
- 依託單位：東北大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
半導體光催化納米材料套用於降解去除低濃度VOCs（如甲醛，丙酮和苯類等揮發性有機物）氣體污染物受到了廣泛關注。針對可見光光催化劑α-Fe2O3光生載流子壽命短、空穴傳輸自由程短導致光催化活性低的問題，本項目擬採用綠色可控兩步法原位合成新型n-Fe2O3/p-CaFe2O4異質結納米材料。通過系統研究N/P異質結界面勢壘、界面取向匹配、CaFe2O4在α-Fe2O3表面的不同分布等因素對光催化性能的影響，揭示n-Fe2O3/p-CaFe2O4異質結界面電荷分離效率與界面微結構的關係；探明異質結組分、構型、界面結構與光催化活性的內在聯繫；並藉助第一性原理計算,對光催化過程中的光致電荷傳輸過程及機理進行系統分析，建立相應的理論模型。本項目的研究結果不僅對深入理解N/P光催化異質結與催化活性之間的內在聯繫具有重要的學術價值，還為新型高效光催化劑開發及其在環境修復與能源轉化領域中套用提供新思路。
結題摘要
針對可見光光催化過程量子效率低而難以實現套用的重大難題，基於α-Fe2O3光生載流子壽命短和空穴傳輸自由程短的問題，我們採用綠色可控方法原位合成出了新型n-Fe2O3/p-CaFe2O4異質結光催化納米粉體和薄膜材料。深入研究了簡單液相法反應條件對異質結光催化納米材料生長的調控規律；研究了這些異質結光催化劑在光催化降解有機污染物（甲醛，乙醛，苯，亞甲基藍，羅丹名B，抗生素等）的光催化活性和光反應機理；深入研究光生電子，空穴對的遷移分離過程; 利用尖晶石結構連續固溶的特性，結合理論計算和實驗，通過改變A位原子中金屬比例可以實現材料禁頻寬度、能帶位置的連續可調；考察了半導體電極的成膜工藝對樣品的光電化學性能的影響；探討了利用Co3O4 表面修飾n-Fe2O3/p-CaFe2O4異質結再提高光電流密度並分析其作用機理；設計並成功合成了CaFe2O4/ZnFe2O4異質結。此外，通過對光半導體納米粉體或薄膜引入氧空位方式形成缺陷能級，提高光生電子-空穴的分離率，拓寬了光譜回響範圍並在多種低濃度VOCs（甲醛,苯）氣體污染物光降解領域顯示了優異的性能。本研究對開發新型高效光催化劑，促進太陽光光催化技術的大規模套用具有重要的理論和實際意義。
