缺陷與晶面取向在光催化過程中的耦合作用

《缺陷與晶面取向在光催化過程中的耦合作用》是依託福州大學，由劉平擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：缺陷與晶面取向在光催化過程中的耦合作用
• 依託單位：福州大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：劉平

項目摘要

光催化技術在環境與能源等領域已顯示出其誘人前景，但其低的光催化效率卻限制了其實際套用範圍。目前，缺陷與晶面取向各自對光催化的作用研究已廣泛開展，但兩者對光催化的耦合作用卻極少見到報導。儘管最近的研究報導和我們的預研結果均顯示缺陷與晶面取向似乎存在某種耦合作用，且這種作用可進一步提高光催化活性。本申請擬採用外部引入與原位產生的方法製備同時具有缺陷與特定晶面結構的光催化材料，並利用XPS、ESR和HRTEM等多種手段，探索同時含有缺陷與確定晶面的若干光催化劑（不同缺陷、晶面類型、缺陷濃度與晶面曝露比例）對光催化降解污染物和光解水的影響，對缺陷與晶面在光催化過程中的耦合作用做較為系統和深入的研究。我們擬重點考察缺陷在特定晶面中的引入與去除過程對光催化活性和光回響方式（即光生載流子產生、遷移與作用）的影響，力爭闡明缺陷與晶面取向的耦合機制及其普適性，為製備實用、高效的光催化劑提供新思路。

結題摘要

本課題重點考察了特定晶面中的缺陷對光催化活性、光生載流子產生和遷移的影響，並對缺陷與晶面取向的耦合機制進行了探究。 通過本課題的開展，我們可控制備了七種（契約規定兩種）具有晶體缺陷與晶面取向的光催化材料，為保證課題的開展奠定了材料基礎。這些材料包括一元光催化劑四種、二元複合光催化劑兩種和三元複合光催化劑一種。同時，利用HRTEM、ESR和XPS等現代表征手段證實了上述合成的材料具有晶體取向和缺陷的存在。這方面特色的研究是利用原位還原配合HRTEM技術發展了一種微觀缺陷的可視化表征方法。 其二，選用對缺陷與晶面結構敏感的光催化性質（降解污染物和光解水制氫），綜合評價不同缺陷-晶面體系對光催化活性的影響。獲得了該體系的影響規律，並區分缺陷與晶面各自單獨調控的作用。 其三，綜合運用多種手段，探索了光生載流子的遷移和複合情況與晶體取向和缺陷之間的關係，闡明了晶面與缺陷的耦合作用，從精細結構角度認識了光催化材料構效關係。 通過本項目的研究，可望為製備實用、高效的光催化劑提供新思路。同時，本研究成果對認識非光催化材料的組成-結構-性能之間的關係也具有一定的理論與實際價值。 在研究成果方面，在國外專業期刊上發表學術論文17篇（契約規定3-7篇），在全國性光催化有關會議上做邀請或口頭報告8人次。基於這些研究成果的論文，還使得本申請人上了2016年英國皇家化學會 “Top 1% 高被引中國作者”榜單（統計2014-2015年文章在2016年引用情況，物化學科16名學者上榜）。另外，在研期間利用本課題研究成果還申請發明專利12 項（契約沒有專利指標）。 在培養碩、博士方面，在四年期間利用本基金資助培養了研究生6名（契約規定3-5名）。