[00132094]多级结构光电材料的合成及光催化环境净化的研究

本课题来源于国家自然科学杰出青年基金、重点项目和国际合作项目等,针对当前日益严峻的环境问题,多级结构光电材料的合成及应用于污染控制的研究和应用开发。主要解决的科学问题是 （1）如何进行纳米光催化剂的精确组装和可控生长; （2）如何深化光催化反应机理及构效关系的研究; （3）实际应用中如何实现快速和全天候去除污染物。主要创新点包括 （1）合成方法学创新及新型光电材料研制,率先将超临界、EISA、多醇醇热醇解及喷雾干燥等技术应用于光电材料制备,获得了多级结构（核壳、空壳、花卉、纳米管、纳米薄片、纳米线、有序介孔等）的非修饰和修饰型TiO2、非TiO2光催化剂以及复合半导体材料,同时合成了不同晶面暴露的TiO2单晶和介孔单晶,对材料各组分的组装、纳米结构的调变以及晶体的可控生长机理进行了深入探索,提出了超临界条件下TiO2原位修饰机理、EISA条件下有序介孔组装和孔壁原位掺杂,醇热条件下多醇醇解机理以及喷雾干燥双模板组装机理等。 （2）围绕环境污染控制,开展了光催化降解水体和空气有机污染物、还原重金属离子、抗菌、分解水产氢、清洁有机合成等,深化了光催化反应机理研究,并探索了光催化剂形貌和孔道结构、组成、晶面暴露、组成调变以及表面化学性质等因素对光催化效率的影响,从光捕获和光电转换效率、光生载流子复合率、活性位本质（几何效应和电子效应）和分散度、反应物传质和吸脱附及表面活化等方面,阐述光催化剂的构效关系。 （3）污染光催化在环境净化中的实际应用,设计出多功能复合光催化系统,包括吸附-光催化、长余辉发光-光催化、储能-光催化、植物吸收-光催化、膜分离-光催化等,由吸附实现污染物快速去除,光催化降解污染物消除二次污染并保障吸附剂长效工作,长余辉发光和储能材料实现全天候光催化反应,植物吸收或膜分离消除光催化降解污染物产生的无机N、S、P等的污染。一方面,合成了多种新型吸附、储能和膜材料,另一方面,探索了它们与光催化在污染物去除中的协同效应,并由此开发出新型光催化空气净化器以及光催化污染水净化系统等,分别应用于室内和车内空气净化以及鱼塘水和化工ABS生产废水的处理,性能优于同类产品,部分得到了推广应用。 2004年至今,共获得与本课题相关的国家级项目12项、省部级项目22项,总经费为1853万;2004年至2013年间,发表相关论文76篇,其中ESI论文6篇,为Chem.An Asian J.撰写综述1篇,并应邀联合主编“Nanostructured Photocatalysts：Preparation,Characterization,Reaction”（Springer Book,2014）;截止2014年11月,论文总他引2569次,单篇最高他引553次,申请专利27件,其中获得授权22件、公开5件、实现转让1件;开发吸附-光催化复合空气净化系统,已经应用于室内和车内,同时,开发吸附-光催化化工ABS生产废水净化剂应用于吉林石化,另外,开发出植物吸附-全天候光催化污水处理系统,应用于鱼塘水净化。高效光催化空气净化器获2009年中国国际工业博览会中国高校展区优秀展品奖二等奖,卞振锋获得2009年度上海市优秀硕士学位论文和2012年全国优秀博士论文提名奖、2009年度宝钢优秀学生特等奖和2013-2014年度太阳能光化学与光催化研究领域优秀青年奖,朱建指导的本科生课题“基于光催化技术的长效抑菌装置的开发“获得上海市“挑战杯“一等奖及第十三届全国“挑战杯“三等奖。李和兴2009年获国家杰出青年基金,被评为上海市领军人才,目前担任Appl.Catal.B Environ.副主编、全国光催化专业委员会副主任、上海市环境学会副理事长等。