《基於異形納米天線的複合光催化材料合成及性能表征》是依託福州大學，由黃彩進擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於異形納米天線的複合光催化材料合成及性能表征
- 依託單位：福州大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：黃彩進
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
高量子效率、寬光譜回響和高穩定性光催化劑及其作用本質，是當前國際光催化領域的重要課題和前沿。在提高光利用率及拓展光吸收頻譜的研究，電漿型複合光催化材料吸引著眾多研究者的關注。電漿型金屬納米顆粒從納米光學角度可看做光學納米天線。納米天線具有場劇增、場約束以及場定向輻射等基本功能。基於對納米光學天線的研究進展，通過對納米天線的構件：金屬納米顆粒的形狀進行調控,形狀的不規則導致其表面等離子共振的回響頻譜增大，從而達到可見光譜回響範圍的拓寬及光利用率的提高。尤其對於星狀的納米顆粒天線，其每個端點可看做納米點光源並且鄰近的端點間由於相互作用而造成其間的近場光強度極大劇增。本項目以基於異形（不規則）納米天線複合光催化材料的設計、合成及光催化效率提高為研究重點，深入地研究該類材料在可見光誘導下，電漿型金屬與電漿共振所起的作用本質、光吸收性能及光催化反應性能之間的構效關係和調控規律，探索
結題摘要
本項目是基於納米光學天線在光催化領域的套用而展開研究，針對納米光學天線複合光催化劑中納米天線的形狀和間距問題，考慮到納米天線金屬的物化性質，選擇不同的設計、製備、複合方法等思路製備出了Pt/BCN、Bi/Bi2O3、Cu@BN等催化劑，通過結構表征及光催化性能評估等方面對光催化劑的構效關係等基本科學問題進行了研究。項目研究了如下主要相關內容和進展：（1）天線載體材料（如BCN、BN 、g-C3N4、TiO2、BiOCl等）的製備，比如載體BCN、BN需要高溫合成，鉍氧化物水熱法製備；（2）金、銅、鉑、鉍等具有表面電漿共振的金屬材料納米結構與載體的複合方式和方法的設計與製備。根據不同金屬各自的物化性質選擇不同分製備及負載方法（如核殼結構、原位生長負載法等），比如直接還原鉑酸鹽得到Pt納米顆粒負載於BCN上、原位還原鉍氧化物製備Bi納米顆粒得到Bi/Bi2O3催化劑、一步法製備Cu@BN、Au@BN等核殼結構納米顆粒。這些製備得到的金屬納米顆粒呈現不規則形狀，具有較寬的光譜回響。核殼結構的製備提供了一條可以通過控制其濃度來調控納米天線間距問題的解決思路；（3）選擇光催化產氫、CO2還原等反應作為光催化活性的表征、選擇不同光頻段考察光催化活性的變化與波長的內在關係；研究了光催化劑的催化活性中心和微觀作用機理，揭示了催化劑組成、結構對光催化活性的影響；（4）發展了其它類型的催化劑或載體。比如開發了二維面狀載體BN、BCN，原位製備出具有的Au/BN、Cu2O/BN等高分散納米催化劑，這些納米粒子穩定地均勻分布在面狀載體上，由於其表面沒有小分子活性劑（穩定劑）的覆蓋而暴露出更多的活性位點，因此表現出更好的催化活性；再如通過簡單的高溫法一步製備出了核殼結構納米顆粒（BN為殼），BN不僅讓催化劑易於回收，而且保護了其核心金屬納米顆粒（如銅）在空氣中的抗氧化能力且不影響其催化性能。這些為設計高效電漿型光催化劑的設計製備提供了一些新視野。需要說明的是項目雖然獲得了一定的進展，但在項目的系統性研究、課題的拓展等方面還存在一些問題或限制，如納米光學天線的光學表征還是不夠深入；其光物理過程在光催化反應中的機理探究比較少；納米光學天線複合光催化材料其能源環境光催化領域的套用方面仍然是本研究的一個弱點，這些仍需要進一步的研究。本項目共發表學術論文16篇，獲國家發明專利授權5項。
