《硫取代鎢鉬酸鹽高能效及高活性可見光光催化材料研究》是依託清華大學，由朱永法擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：硫取代鎢鉬酸鹽高能效及高活性可見光光催化材料研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：朱永法
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
鎢鉬酸鹽具有優異的可見光催化活性以及光電轉換性能，是最具有套用前景的一類新型可見光催化材料。但其可見光回響活性大多在480nm以下，其能效還有待進一步提高。通過硫元素在氧位置的取代，可以調控光催化材料的能帶間隙，可見光活性回響可擴展650nm左右。該項目擬採用回流合成法及熔鹽合成法製備硫代鎢鉬酸鹽高能效及高活性可見光催化材料。通過調控光催化材料中硫取代量、缺陷結構以及形貌結構來調控光催化材料的光催化性能和光電性能。揭示微觀結構對光催化性能和光電性能的調控規律。通過理論計算和實驗研究，揭示硫取代對光催化材料的能帶結構和光吸收性質的影響規律。探討硫取代光催化材料的光催化反應機理以及光腐蝕穩定性的提高機理。獲得具有高活性及高能效和具有光化學穩定性的新型光催化材料。該項目的實施可以推動功能材料製備與催化、環境和能源材料研究的融合和發展，具有重要的科學研究意義。
結題摘要
本課題可控合成了ZnWO4，BiMoO6和BiPO4 納米結構的新型光催化材料。揭示了光催化活性與納米結構的構效關係。通過對BiMoO6和BiPO4光催化材料的S取代，其可見光回響分別擴展到600和480nm，並產生了可見光活性，提高了光催化的能效。通過對BiPO4的S摻雜，可以擴展其光吸收到800nm，並產生可見光降解活性。這種S摻雜和取代的方法對提高複合氧化物光催化材料的能效是一種有效的途徑。發表SCI收錄論文24篇，申請國家發明專利5項，2011年獲得國家自然科學獎二等獎1項。 開展了Bi2MoO6光催化劑的形貌控制合成及對光催化活性的影響規律研究。通過調節氫離子濃度實現了Bi2MoO6納米片和微米棒結構的調控，發現在不同晶面的氫離子吸附是控制Bi2MoO6形貌結構的主要因素。納米片結構的Bi2MoO6光催化劑的活性是微米棒結構因素化劑的12倍，影響活性的主要原因是活性晶面。控制合成了具有不同納米結構的ZnWO4光催化劑，發現100面取向的ZnWO4納米棒具有最高的光催化降解活性。高活性的機理是100面取向的ZnWO4納米棒具有最多的光催化活性面010晶面和011晶面。採用加熱回流的方法製備了硫取代的Bi2MoS2O4光催化劑。同Bi2MoO6相比，Bi2MoS2O4對可見光的回響範圍從470nm擴展到630nm，並且具有優良的光催化降解能力。Bi2MoS2O4的高能效是由S3p軌道參與了價帶的構成，從而減小了原有的能帶間隙。S的取代不僅擴展了可見光回響，同時還提高了其紫外活性，這也是由S3p雜化引起價帶展寬所產生的。 控制合成了具有高活性的磷酸鉍新型非金屬含氧酸鹽光催化劑。通過水熱反應、高溫水解反應、表面雜化碳化氮等方法，對磷酸鉍催化劑的結構、缺陷、晶相、尺寸、吸收帶邊進行調控。探討了這些因素對磷酸鉍光催化材料的光生電子和空穴分離率、界面載流子傳輸速率的影響規律，揭示其高催化劑活性的本質。加深對非金屬含氧酸鹽光催化體系的認識和理解，為新型高能效、高活性光催化體系的設計提供實驗依據和理論基礎。此外，發現通過硫摻雜，可以大幅度擴展其可見光吸收到700nm並且產生了可見光降解活性。當採用S取代部分O原子後，同樣可以擴展可見光回響到480納米，並具有較好的可見光降解活性。 研究結果表明通過對Bi系複合氧化物光催化材料的S摻雜或S取代，均可以擴展其可見光回響範圍以
