《新型光熱催化材料的設計與性能研究》是依託福州大學，由李旦振擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：新型光熱催化材料的設計與性能研究
- 依託單位：福州大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：李旦振
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
針對目前光催化材料的太陽能利用率和量子效率低的科學問題，本項目擬從一個全新的思路，以鉑系金屬和異質結構材料LaVO4/TiO2等為基礎，探索寬光譜回響（紫外、可見及紅外光）、光-熱耦合式和集光、熱催化功能於一體的新型微結構光熱催化材料的設計和製備方法。通過量子力學理論計算並結合實驗調整，構造晶格失配小的異質結，調控其電子能帶和費米能級的位置，減小過熱載流子效應，提高體系中光生載流子(電子，空穴)的分離幾率，抑制載流子的複合，通過認識氧及反應物分子在吸附質及基質上的吸附態及活化，進一步有效提高新型微結構光熱催化劑對難降解有毒有機污染物的量子效率和太陽能利用率。本研究對深化半導體光催化的作用機理，認識控制多相光熱催化過程的量子效率的關鍵因素，指導設計新型高效寬光譜回響的光熱催化劑體系都具有重要的科學意義。
結題摘要
針對大部分半導體光催化材料只能吸收紫外光和少量可見光，太陽能利用率和量子效率低，極大地影響了光催化技術的套用。首先，為了最大限度地利用太陽光，我們設計了光熱催化反應體系，既利用紫外、可見光激發半導體引發光催化反應，又利用紅外光的熱效應驅動低溫熱催化反應，實現光熱協同催化。其次，為進一步提高光催化過程的量子效率，製備出系列新型高效光催化材料，仔細研究了這些新型高效光催化材料在分解有機污染物、甲烷轉化和光催化合成等方面的套用。本項目製備出Pt/LaVO4/TiO2等具有寬光譜回響（紫外、可見和近紅外光）的一系列新型微結構光熱催化劑。結果表明，鉑負載的異質結複合半導體材料（Pt/LaVO4/TiO2，Pt/BiVO4/TiO2）具有優異的光熱催化降解苯的活性，在70-80°C可以實現對苯的完全氧化降解，而相同情況下熱催化則需要100°C以上才能實現，該光催化劑具有十分明顯的光熱催化耦合效應。影響耦合效應的主要因素是：光催化產生的光生電子等對苯在Pt上吸附情況的影響、光催化過程產生的活性物種對熱催化過程的促進以及光催化中間產物可能轉移至Pt上誘發熱催化降解；Pt與基質材料之間的有效接觸是光熱催化耦合效果產生的必要因素。另外，本項目還製備出ZnGa2O4，ZnO/TiO2等光子晶體和具有寬光譜回響（紫外及見光）的一系列新型微結構光催化劑。結果表明，光子晶體ZnGa2O4，ZnO/TiO2等高效光催化劑在紫外或可見光照下，對污染物甲基橙、羅丹明B有很好的降解性能，均表現出了優於P25的光催化活性和活性穩定性。金屬氫氧化物H1.23Sr0.45SbO3.48 和多元金屬氧化物BaSb2O6等是一類具有高量子效率的紫外光催化材料。H1.23Sr0.45SbO3.48對空氣中苯有機污染物的光催化降解效率和礦化率遠高於P25（TiO2），苯的轉化率約為100%，礦化率約為78%，而且對環己烷和丙酮也有很好的光催化活性。本研究揭示了有機污染物在新型光熱催化材料和高量子效率的紫外光催化材料上的反應機理, 對深化光催化的作用機制，認識控制多相光催化過程的光吸收、量子效率的關鍵因素，指導設計新型高效寬光譜回響的光催化劑體系都具有重要的科學意義。
