《基于内蒙古丰富铌钽资源的光催化材料设计及在水环境污染修复的应用》

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内蒙古精细化工企业(制药、印染、金属冶炼、制革、畜禽养殖等)已形成一定产业规模,但是不断扩张的生产产生大量污水被直排到草原、沙漠腹地,各种有机污染物及重金属离子对地表水和地下水造成严重污染;另一方面,铌钽矿是内蒙古自治区的重要资源之一,由于钽酸盐具有导带位置高、带隙宽、电子传导性能好,因此具有较强的光催化氧化还原能力;该项目历时7年,在国家自然科学基金和内蒙古自然科学基金重点项目支持下,结合内蒙古自治区铌钽资源优势,面向内蒙古精细化工生产企业外排污水给生态安全和人体健康带来的危害,解决效率、成本和可实施性等关键技术问题,主要创新性成果如下:1)提出了铌钽系列非周期化学、有序结构、表面缺陷调控催化活性的新概念和新方法,为高效光催化剂的设计提供新思路。2)提出了铌钽基催化材料的能带结构裁剪工程及钽酸盐带隙窄化机理,并以此为指导获得优秀太阳光响应的铌钽基光催化剂,使应用可再生太阳能在环境污染修复和治理领域成为可能。3)制备了多种可用于不同取代硝基苯还原的铌钽催化剂,实现了非贵金属催化剂对取代硝基苯的室温液相氨基化,因此对降低催化剂成本、贵金属资源的高效利用与替代具有重要意义,对内蒙古地区的制药企业废水治理具有重要的应用前景。4)制备了多种稳定性好、易于回收、不会造成二次污染的铌钽酸盐光催化材料,可用于清除水体中低浓度、高毒性的重金属离子污染,对冶金、发电等废水治理具有很好的推广价值。5)精细设计制备了多种催化活性高、成本低、性能稳定的稀土改性钽基电化学电极材料,有望在替代Pt电极材料方面获得突破。2010年-2016年该成果完成期间,在J. Am. Soc. Chem.,Chem. Commun., ACS Appl. Mater. Interfaces等期刊发表学术论文105篇(第一申请人全部为通讯作者),其中国际著名杂志SCI收录论文59篇,1区论文8篇,2区论文21篇。出版专著2部,获授权专利2项,累计他引363次。是J. Am. Soc. Chem.,Chem.Commun.,Environ. Sci. & Tech.等国际期刊审稿人,2014年被美国化学会授予优秀审稿人称号,提供了三年免会费会员。承担各类项目32项,其中国家自然科学基金9项。项目成员获全国五一巾帼标兵岗(中华全国总工会),入选内蒙古杰出青年基金、自治区321工程和自治区草原英才工程。在J. Am. Soc. Chem.(影响因子13.038)上发表的论文,实现以内蒙古地区本土研究成果在国际化学顶尖杂志上发表论文的突破;在Chem. Commun.上发表的论文评为环境科学研究领域前二十的影响力最佳论文。发表在CrystEngComm上的两篇文章分别被该杂志选做封面论文(COVERPAPER)、同年成为热点论文,系列研究成果被化学领域知名的X-MOL资讯平台专题介绍,获得国际同行的广泛关注,曾3次在国际学术会议上做邀请报告并作为分会主席,在国内学术会议上做邀请报告8次,是多个全国学术会议的学术委员会委员。因此该成果不仅对内蒙古铌钽资源高值化利用以及有效应对水环境污染问题具有重要意义,而且提升了内蒙古自治区和内蒙古大学在国内外的知名度,推进内蒙古地区化学领域的研究向世界水平迈进。

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