《具有优异光催化活性的二元异质组装体构筑策略与性能研究》

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单一组分的半导体光催化材料在物理化学性质上存在或多或少的缺陷,如何增强光催化活性及提高太阳能利用率的同时趋利避害地裁剪整合,对光催化剂的结构设计提出了更高的要求。该项目通过对不同功能材料进行整合,设计合成出一系列新型高效异质结构光催化材料,开展了不同类型异质结构的功能优化及协同增强效应研究。主要创新点如下:

1.首次利用共聚焦微拉曼技术探测出在高功率下炭纳米涂层包覆CdS的复合结构依然显示CdS的特征信号,而纯的CdS已不具有本征信号。研究结果表明炭纳米涂层不仅保护了CdS核,使之具有强的耐光腐蚀特性,且增强了其对可见光的吸收、促进了光生电子与空穴分离以及有效提高有机毒物在光催化剂表面的富集,使产品的光催化活性和稳定性都显著增强。同时制备出一系列性能优异的炭基半导体异质光催化剂,揭示了不同类型的炭材料与半导体所构建的光催化协同反应场的作用机制。

2.发展了一种简便水热阴离子交换反应技术制备出组分可调的介孔BiVO4/Bi2S3空心铁饼状异质结构,这种介孔壳层的BiVO4/Bi2S3空心复合结构由于具有较大的比表面积、增强的界面电荷转移从而抑制了光生电子与空穴的分离,展现出优越的可见光光电流响应和光还原Cr(VI)的性能。此工作不仅提供了一种低耗且便捷制备组分可调的介孔或空心异质结构普适方法,同时拓展了此类异质结构在光催化及光电子领域的应用空间。

3.设计合成了一种新型磁性可回收的γ-Fe2O3/ZnO双层鸟巢状空心复合结构光催化剂,该催化剂具有特殊的空心异质结构、磁性和高比表面积等特性,不仅展现出可见光驱动降解多种有机污染物的活性,且具有外加磁场简便回收可重复使用稳定性。同时以温和便捷的湿化学合成法实现了一系列组分可调的二元异质结构与空心结构的同步构筑,建立了二元异质空心结构与光催化效能之间联系,为新型光催化材料的研究注入新鲜血液。

经检索《Web of Science》,10篇代表作共被SCI收录论文引用706次,其中他引628次,3篇他引超过110次,4篇入选ESI高被引论文,受到国内外同行的高度关注。2013和2014年发表在化学顶尖期刊《Angew.Chem.Int.Ed.》上的2篇论文分别被选为Very Important Paper和Hot Paper。同时获授权发明专利4件,浙江科技金融时报和中国科学网也相继报道相关成果。

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