MoS2基纳米异质结构的表界面调控制备及其海洋防污作用机制研究

Nowadays, marine biofouling is one of the serious problems that the marine engineering facilities face in practical application, leading to serious security problems and economic loss. Up to now, the use of traditional antifouling paints with strong biological toxicity is an effective method to solve the biofouling problem, but it destroys the ecological environment greatly. Therefore, this project intends to take advantage of the environmentally friendly property of MoS2 combined with the photocatalysis technique to solve the marine antifouling problem. Through the previous study of improving the catalytic property of MoS2, we have confirmed that the surface/interfacial property is the key factor for its antifouling performance. On this basis, by the effective controlling of the surface/interfacial property, novel MoS2 nanostructures with high catalytic performance are prepared, which are then composited with band structure matched bismuth-based semiconductors to construct novel nano heterostructures, leading to the further enahncement of antifouling performance of MoS2. In addition, we will further study the effect of surface/interfacial properties on the antifouling performances of the materials, establishing a correlation model between them. Based on the investigation of different kinds of active radicals generated by different materials, we will focus on exploring the effect of surface/interfacial properties on different kinds of active radicals and further illustrate the antifouling processes and mechanisms. This project exihibits a great scientific significance and practical value in deeply understanding the potential application of MoS2 and photocatalysis technique in marine antifouling. It will provide a new method for designing and developing novel marine antifouling materials.

生物污损为当今海洋工程设施带来了严重的安全隐患和经济损失。使用含强生物毒性杀生剂的防污涂料是目前解决生物污损问题的最有效方法，但存在破坏生态环境等影响使用的关键问题。因此，本项目拟利用环境友好的MoS2，借助光催化技术解决海洋生物污损问题。通过前期对提高MoS2单体材料催化效率的研究，明确了表界面性质是影响MoS2催化性能的关键因素。在此基础上，通过表界面性质有效调控，制备高催化活性的MoS2纳米结构，并与其能带结构匹配的铋基半导体复合构建新型纳米异质结构，有效提高MoS2防污性能。通过分析表界面性质对材料防污性能的影响机制，建立两者间相关性模型；通过分析不同材料产生的活性自由基，探讨表界面性质与活性自由基的相关性，进而揭示防污作用机制。本项目的实施对深入认识MoS2和光催化技术在海洋防污领域的应用具有重要的科学意义和实用价值，可为设计和开发环保、稳定、高效的新型海洋防污材料开辟新思路。

生物污损是海洋工程材料在服役过程中面临的重要问题之一，带来了严重的安全隐患和经济损失。使用含强生物毒性杀生剂的防污涂料是目前解决生物污损问题的最有效方法，但存在破坏生态环境等影响使用的关键问题，因此，开发新型高效的海洋生物污损防护技术具有重要意义。本研究以具有良好可见光催化活性、环境友好的MoS2为基体，借助绿色高效的光催化技术开展海洋生物污损防护研究。通过表界面性质有效调控，利用多种方法制备了多种高催化活性的MoS2纳米结构，并与其能带结构匹配的铋基半导体(BiOI、Bi2WO6和BiVO4)复合开发了系列新型异质结构，构建了具有环保、稳定、高效和宽光谱响应的复合体系，包括具有三维分层微球结构的MoS2/BiOI II型异质结、具有三维分层微球结构的MoS2/Bi2WO6 Z型异质结、具有纺锤体结构的MoS2/BiVO4 Z型异质结，实现了对复合材料的控制合成。通过在可见光下对典型海洋污损微生物的杀灭和抑制评价了复合材料的光催化防污性能、重复利用性和稳定性，分析了结构、形貌和表界面性质与防污性能间的内在联系，得到了多种高效防污性能的MoS2基复合材料。基于不同复合体系可产生不同自由基组合，分析了不同复合体系产生的自由基种类，阐明了自由基对防污性能的影响机制，揭示了防污作用过程和机理。本研究集海洋化学、海洋生物学、材料学和环境科学于一体，学科交叉性强，对于深入认识半导体材料和光催化技术在海洋防污中的应用具有重要意义和科学价值，为设计和开发环保、高效的新型海洋防污材料提供了理论依据。本研究累计发表SCI论文15篇，申请国家发明专利9项，其中授权3项、公开6项；培养博士研究生1人、硕士研究生5人；已完成预期各项指标。