《TiO2-CNTs-BiVO4三元複合及光催化機理研究》是依託北京科技大學，由李文軍擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：TiO2-CNTs-BiVO4三元複合及光催化機理研究
- 依託單位：北京科技大學
- 項目負責人：李文軍
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
隨著工業化進程與環境污染矛盾的日益突出，寬譜吸收的高效催化劑日益受到重視。本項目選擇窄禁帶半導體與二氧化鈦及表面化學修飾的碳納米管制備複合材料。圍繞可見光光催化劑構建、反應機理及套用基礎等關鍵科學問題，利用能帶理論和分子軌道理論，從調控帶隙寬度和紅移匹配入手，探索吸收波長更長、頻譜更寬(400～800nm)的新型複合可見光催化材料；研究催化材料表面、界面微結構及量子尺寸效應對太陽能轉化效率的影響；利用掃描電化學顯微鏡研究電子轉移動力學，探索窄禁帶半導體/二氧化鈦/碳納米管異質結電子傳遞的可能機理。動態模擬污染物降解的催化反應過程，進一步揭示反應機理、完善製備工藝、提高催化效率，為實現高效可見光催化劑的實用化打下理論基礎。
結題摘要
基於半導體材料的光催化技術是一種先進的高級氧化技術，它可以通過半導體中的受激電子產生具有強氧化性的活性物質，因此具有能夠利用太陽能這種清潔可再生的優勢。相比於研究比較成熟的TiO2紫外光催化劑，具有可見光回響的光催化劑成為了光催化研究的熱點。然而，可見光催化劑中光生載流子分離效率低的缺點嚴重限制了它們的光催化活性。為了解決這個問題，本項目選擇合成以BiVO4、Bi2WO6和Bi2MoO6等為基質的新型複合可見光催化材料，並研究其光催化機理。目前，本課題組已成功製備了具有可見光催化活性的BiVO4、Bi2WO6、Bi2MoO6等光催化劑和具有更高催化活性的BiVO4/TiO2、BiVO4/TiO2/BiVO4、BiOBr/BiVO4、CeOx/BiVO4、Bi1-xCexVO4、Ln2O3/BiVO4、Tb-Bi2MoO6、Tb/Eu-Bi2MoO6、Sm/N-Bi2WO6、ln2S3/ZnWO4、MoS2/Bi2WO6、FeWO4/ZnWO4/ZnO、Ag3VO4/Ag4V2O7等新型複合可見光催化劑，取得了豐碩的成果，並發表了十餘篇相關文章。在這些工作中，我們合成得到了高性能的複合光催化材料，並在離子摻雜和異質結光催化材料的合成與機理研究方面提出了創新性的概念。第一，完善了BiVO4和TiO2二元納米複合材料的微結構、界面和表面性質及光催化特性的研究；第二，首次提出了通過摻雜變價鑭系離子在晶體結構內部構建氧化還原中心的概念，製備得到高效的鑭系離子摻雜光催化劑；第三，首次提出了通過負載鑭系氧化物構建氧化還原異質結來提升光催化性能的光催化機理；最後，合成製備了多種新型異質結複合材料，推動了複合異質結光催化材料在合成與機理研究方面的進程。總之，通過對已知的可見光催化材料進行改性研究，我們能夠得到可見光吸收更好，光生電子空穴分離速率更高的高效可見光催化材料。並結合能帶理論、分子軌道理論和密度泛函理論，我們研究發現了離子摻雜和材料複合在光生電子的分離、遷移過程中對提高光降解效率所起到的重要作用。開展新型可見光催化劑的合成及機理研究，可以揭示可見光催化劑光生電子和空穴的遷移機制、光催化效率與材料結構的相關規律，為可見光催化劑實用化打下理論基礎，具有重要的實踐和理論指導意義。
