《基於晶面與氧物種的結構匹配性設計高效可見光催化劑》是依託南京理工大學，由韓巧鳳擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於晶面與氧物種的結構匹配性設計高效可見光催化劑
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：韓巧鳳
- 依託單位：南京理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
對光催化作用機理認識的不足已成為制約光催化技術工業化的瓶頸。光催化反應屬於多相界面作用，目前有關催化劑晶面對光生載流子的形成及擴散等影響研究較多，而對載流子如何高效地活化氧物種以大量產生自由基等界面作用行為的研究還不夠。項目基於晶體的各向異性生長特點及多位催化理論，提出催化劑所暴露晶面的幾何因素（原子間距、原子的排列方式）與氧物種（H2O、O2等）結構（鍵長、鍵角）的匹配性是影響氧物種的吸附與活化及自由基的產生與光催化活性的關鍵因素。擬以CdS為研究對象，結合理論計算，探討結構匹配性與光催化活性的關聯關係。鑒於離子摻雜能調變材料的表面結構，在CdS中摻雜Ni2+等，剖析摻雜對匹配度的改變及催化活性的影響。在採用NMR技術等研究納米晶成核與生長機理的基礎上，根據匹配度設計製備高比例暴露活性晶面的CdS催化劑,並通過非原位負載法改善CdS的穩定性，為揭示界面在光催化反應中的重要作用提供新思路。
結題摘要
自1972年日本的Fujishima和Honda在Nature上報導TiO2光催化劑催化水分解制氫以來，作為一種解決能源與環境問題的有效手段，通過光催化技術處理廢水、廢氣處理及光解水制氫的研究引起了廣泛關注。但由於還存在不能充分利用太陽光、光催化效率低及催化劑的回收再利用避免二次污染等問題，實現光催化劑在實際生產中的套用還存在差距，製備獲得高效、價廉的光催化劑是亟待解決的關鍵技術。 由於TiO2光催化劑仍存在禁頻寬度大不能充分利用太陽光及光催化效率低等缺點，除了對其改性外，發展新型可見光催化劑是重要的研究方向。鉍系半導體材料因其來源豐富、對可見光回響良好及光催化性能優異，近幾年引起研究者重視。儘管已有大量相關報導，但由於便宜易得的原料Bi(NO3)3·5H2O易水解，在室溫下難以製備獲得形貌及微結構均勻的產物。所以合成反應大多在水熱法條件下進行，不利於大規模生產。本項目的創新點及突破的關鍵技術之一是通過選擇合適的溶劑，使得大部分合成反應在室溫下進行，解決了硝酸鉍容易水解而難以進行均相合成的問題；創新點及關鍵技術之二，由於鉍基化合物的層狀結構特點，易呈片狀形貌，導致性能單一，本項目獲得了豐富形貌的產物，如HCOO(BiO)超長納米纖維，網路狀Bi納米線等，使得鉍基化合物的微觀結構及性能更加豐富；創新點及關鍵技術之三，開發了幾種性能優異的新型鉍基光催化劑，如醋酸氧鉍（CH3COO(BiO)），一種鹼式硝酸鉍等（ [Bi6O6(OH)2](NO3)4·2H2O），豐富了鉍系光催化劑體系。關鍵技術之四，通過微結構調控，獲得了性能優異的幾種鉍基光催化劑，詳細研究了鉍系催化劑的微觀結構、粒徑及形貌與光催化性能的構效關係，並探討了光催化機理。 在經費支持下，在國際一流期刊Nanoscale, J.Mater.Chem.A, Chem.Eng.J等上發表SCI收錄論文17篇，獲授權發明專利2件，超額完成了契約所預期的指標。培養碩士及博士研究生12名，有一名碩士的論文被評為江蘇省優秀碩士論文。
