《TiO2-Ag-Bi2MO6 (M=W, Mo) Z型光催化體系的構築及其催化增效機制》是依託武漢工程大學，由程剛擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：TiO2-Ag-Bi2MO6 (M=W, Mo) Z型光催化體系的構築及其催化增效機制
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：程剛
- 依託單位：武漢工程大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目借鑑自然界Z型光合作用系統中電子和空穴有效分離和傳遞的特性，選用TiO2和Bi2MO6（M=W, Mo）兩種不同半導體材料和電子介體Ag納米顆粒來構築人工Z型光催化體系，實現光生電子-空穴的有效分離，並分別保持空穴和電子的強氧化和強還原能力，進而提高其光催化性能。通過研究光催化體系中TiO2和Bi2MO6的微觀形貌與結構、Ag顆粒尺寸以及各組分的比例對體系催化性能的影響，最佳化光催化體系的設計，並實現可控合成與功能化組裝。探索TiO2-Ag-Bi2MO6 (M=W, Mo) Z型光催化體系的表/界面形成機理、組成/結構與光催化性能之間的構效關係，並提出Z型複合光催化體系催化活性提高的協同作用機制。本研究為構築新的高效光催化體系、拓展半導體光催化材料的套用範圍提供重要的實驗依據，具有重要的理論和實踐指導意義。
結題摘要
工業快速發展所引起的能源危機和環境污染嚴重威脅著人類生存環境的可持續發展。研究以太陽能為直接驅動力的光催化技術具有重大研究意義。單一光催化材料的開發研究因無法突破性能上的限制並滿足套用領域的需求已遇到一定的瓶頸，開發高效複合光催化體系是目前的研究熱點和發展趨勢。針對在抗生素等環境污染物光催化降解領域常用催化材料存在的局限性，本項目通過氧化鈦和鉍基材料兩種不同半導體導帶和價帶的能級結構耦合，以金屬電子介體實現光催化體系的電荷平衡，阻滯光生電子空穴對的複合並保持其較強的氧化還原能力，從而提高其光催化活性。我們以乙醇酸氧鈦為前驅體，通過改變合成方法(水熱法、煅燒法和水熱煅燒法)對多孔二氧化鈦的結構及組成進行調控，研究其光催化降解抗生素污染物的作用機理與增效機制。其中水熱處理得到的多孔氧化鈦因具有較大的比表面積和相對較弱的親水性促進了對抗生素的有效吸附，並且其高效的電子-空穴分離和快速的載流子轉移能力有效提升了由空穴和•OH自由基引發的環丙沙星的環境友好型光催化降解。該氧化鈦材料對單一和不同類別的喹諾酮類、四環素類、頭孢類等抗生素污染物均有較好的礦化去除性能。構築了金屬/助催化劑-氧化鈦異質結複合材料，其中銅-氧化鈦複合材料因其表面電荷的改變而增強了對抗生素的吸附能力，與此同時界面電荷的有效分離與轉移均促進了對抗生素的光催化降解。鎳基助催化材料因加速光生電子空穴對的分離與傳遞而提高了光解水制氫性能。構築了氧化鈦-鎢酸鉍等鉍基材料複合材料，因表面潤濕性的改變和吸附能力的提升而促進光催化反應的發生，並通過光的有效利用和光生電子-空穴的有效分離實現高效催化去除有機染料和重金屬離子。構築了氧化鈦-銀-鉬酸鉍三元複合材料並實現對有機染料的有效光催化降解。通過考察複合材料的表/界面組成對光催化性能的影響，探討複合材料的催化活性和作用機制。為高效光催化材料在環境污染和能源危機中的套用奠定了基礎。
