[00927980]铋系环境光催化材料的改性与应用

该项目属环境科学技术领域。 针对铋系光催化材料比表面积小，反应活性位点少，太阳光的利用率不高，量子效率低，光催化性能差等不足，项目组在多项国家自科基金和湖北省自科基金的资助下，通过调控形貌提高铋系光催化材料的比表面积以提高其反应活性位点，通过碳掺杂和表面修饰Fe(III)纳米镞以拓宽其对太阳光的吸收范围，通过复合其他半导体形成异质结以抑制光生载流子复合并提高量子效率，从而有效提高了铋系光催化材料的活性，并用于处理环境污染物，取得了如下主要发现： 1.针对普通BiVO₄比表面积小，反应活性位点少，项目组创造性地在微波反应合成BiVO₄溶液中加入聚乙二醇-10000(PEG-10000)，促进了夹心型BiVO₄片的生成，有效将BiVO₄的比表面积提高了2.7倍，提出并阐明了PEG-10000促进形成夹心型BiVO₄片的机制与夹心型BiVO₄活性增强的机理。 2.针对普通Bi₂O₃比表面积低，太阳光谱吸收范围较窄，项目组创造性地通过煅烧硝酸铋的乙二醇溶液，生成了多孔结构Bi₂O₃，提高了比表面积，增加了反应活性位点，同时乙二醇作为碳源将碳掺入Bi₂O₃中，拓宽了Bi₂O₃的可见光吸收光谱范围。项目阐明了乙二醇促进Bi₂O₃形成多孔结构的机制和多孔碳掺杂Bi₂O₃活性增强的机理。 3.针对Bi₂O₂CO₃吸收光谱范围窄，不能吸收可见光，项目组通过在Bi₂O₂CO₃表面修饰Fe(III)纳米簇。由于Fe³⁺/Fe²⁺电势正于Bi₂O₂CO₃的导带电势，在可见光照射下，通过界面直接电荷转移，Bi₂O₂CO₃价带上的电子能直接跃迁到Fe(III)纳米簇产生光生电子和空穴，并降解有机污染物。 Fe(III)纳米簇有效拓宽了Bi₂O₂CO₃的可见光光谱吸收范围。 4.针对铋系光催化材料量子效率低，项目创造性地通过浸渍-分解法制备了结合良好的Bi₂O₃/TiO₂纳米管阵列，通过原位溶解-沉积法制备了结合良好的BiOI/Bi₂O₃异质结，这两种异质结光催化材料有效抑制了光生载流子的复合，提高了量子效率和光催化性能。 通过以上四种途径，项目有效改善了铋系光催化材料的光催化性能。项目在Appl.Surf.Sci.和物理化学学报等国际国内具有较高影响力的学术期刊上发表的5篇代表性论文被Appl.Catal.，A和ChineseJ.Catal.等国际国内期刊他引77次，其中SCI他引73次，受到很多专家的充分肯定和高度评价。依托该项目，第一完成人戴高鹏指导本科生参与创新研究，指导在湖北省大学生挑战杯、湖北省大学生创新成果奖、湖北省化学化工创新大赛等省级竞赛中获奖20多项，获得湖北省优秀本科毕业论文4篇。