硫取代钨钼酸盐高能效及高活性可见光光催化材料研究

钨钼酸盐具有优异的可见光催化活性以及光电转换性能，是最具有应用前景的一类新型可见光催化材料。但其可见光响应活性大多在480nm以下，其能效还有待进一步提高。通过硫元素在氧位置的取代，可以调控光催化材料的能带间隙，可见光活性响应可扩展650nm左右。该项目拟采用回流合成法及熔盐合成法制备硫代钨钼酸盐高能效及高活性可见光催化材料。通过调控光催化材料中硫取代量、缺陷结构以及形貌结构来调控光催化材料的光催化性能和光电性能。揭示微观结构对光催化性能和光电性能的调控规律。通过理论计算和实验研究，揭示硫取代对光催化材料的能带结构和光吸收性质的影响规律。探讨硫取代光催化材料的光催化反应机理以及光腐蚀稳定性的提高机理。获得具有高活性及高能效和具有光化学稳定性的新型光催化材料。该项目的实施可以推动功能材料制备与催化、环境和能源材料研究的融合和发展，具有重要的科学研究意义。

本课题可控合成了ZnWO4，BiMoO6和BiPO4 纳米结构的新型光催化材料。揭示了光催化活性与纳米结构的构效关系。通过对BiMoO6和BiPO4光催化材料的S取代，其可见光响应分别扩展到600和480nm，并产生了可见光活性，提高了光催化的能效。通过对BiPO4的S掺杂，可以扩展其光吸收到800nm，并产生可见光降解活性。这种S掺杂和取代的方法对提高复合氧化物光催化材料的能效是一种有效的途径。发表SCI收录论文24篇，申请国家发明专利5项，2011年获得国家自然科学奖二等奖1项。.开展了Bi2MoO6光催化剂的形貌控制合成及对光催化活性的影响规律研究。通过调节氢离子浓度实现了Bi2MoO6纳米片和微米棒结构的调控，发现在不同晶面的氢离子吸附是控制Bi2MoO6形貌结构的主要因素。纳米片结构的Bi2MoO6光催化剂的活性是微米棒结构因素化剂的12倍，影响活性的主要原因是活性晶面。控制合成了具有不同纳米结构的ZnWO4光催化剂，发现100面取向的ZnWO4纳米棒具有最高的光催化降解活性。高活性的机理是100面取向的ZnWO4纳米棒具有最多的光催化活性面010晶面和011晶面。采用加热回流的方法制备了硫取代的Bi2MoS2O4光催化剂。同Bi2MoO6相比，Bi2MoS2O4对可见光的响应范围从470nm扩展到630nm，并且具有优良的光催化降解能力。Bi2MoS2O4的高能效是由S3p轨道参与了价带的构成，从而减小了原有的能带间隙。S的取代不仅扩展了可见光响应，同时还提高了其紫外活性，这也是由S3p杂化引起价带展宽所产生的。.控制合成了具有高活性的磷酸铋新型非金属含氧酸盐光催化剂。通过水热反应、高温水解反应、表面杂化碳化氮等方法，对磷酸铋催化剂的结构、缺陷、晶相、尺寸、吸收带边进行调控。探讨了这些因素对磷酸铋光催化材料的光生电子和空穴分离率、界面载流子传输速率的影响规律，揭示其高催化剂活性的本质。加深对非金属含氧酸盐光催化体系的认识和理解，为新型高能效、高活性光催化体系的设计提供实验依据和理论基础。此外，发现通过硫掺杂，可以大幅度扩展其可见光吸收到700nm并且产生了可见光降解活性。当采用S取代部分O原子后，同样可以扩展可见光响应到480纳米，并具有较好的可见光降解活性。 .研究结果表明通过对Bi系复合氧化物光催化材料的S掺杂或S取代，均可以扩展其可见光响应范围以