一维纳米结构铌酸盐光催化材料的控制合成与性能研究

研制和开发高效、稳定的光催化材料对解决环境污染和能源短缺等问题具有重要的科学意义和实用价值。含有NbO6八面体网络结构的铌酸盐作为一种环境友好型光催化材料正备受青睐，其在光解水制氢、有机物分解、去除工业烟气和汽车尾气NOx等方面均有潜在的应用前景。本项目旨在通过设计合成具有新型一维纳米结构的系列铌酸盐功能材料，研究其在光解水制氢、光降解有毒有机污染物及废水处理等方面的催化活性，揭示一维纳米结构铌酸盐光催化材料的生长机制以及光催化反应机理，制备具有高效、可循环利用的环境友好型光催化材料，从而为指导设计合成新型功能光催化材料提供实验基础和器件原型。本项目不仅拓展了制备新型光催化功能材料的途径，也可促进材料、化学、物理、环境和能源等学科的交叉融合，有着十分重要的学术意义。

自项目批准以来，我们严格根据研究计划实施我们的研究工作。并根据实际的工作进度调整我们的工作方案。在国家自然基金委青年项目的支持下，我们对铌酸盐等系列半导体材料的制备做了较为深入的合成、表征及其光催化、光-电效应、气敏等多方面性质检测。如超长微米线KNbO3的合成、Zn2GeO4和In2Ge2O7 纳米线的成功制备及性质研究。系列工作结果表明：我们对该系列材料在合成、性质及应用等方面都有了较为深入的了解和认识并取得了优异的研究成果。进而我们从铌酸盐系列材料的合成与性质研究扩展到其他半导体纳米材料的研究。如系统研究了ZnO纳米颗粒组成的微米片的合成及其在光催化中的应用；通过简单的回流方法成功制备了具有多孔结构的SnS和SnS2花状结构，进而对制备得到的材料进行光催化降解MB的应用研究，结果表明，我们得到的纳米材料具有良好的光催化效果。为半导体材料在光催化领域应用提供了新的证明和依据。进一步，我们根据国内外研究进展及实验室的平台条件，扩展我们的研究工作到其他一维纳米结构复杂氧化物的合成研究，如我们成功地在具有编织基底的碳布上生长氧化钛纳米线阵列，钴酸锌纳米线阵列；在泡沫镍基底上生长钴酸镍等纳米线阵列等。并根据材料自身的特点探讨了在能源存储等领域的应用。测试数据表明：在三维结构基底上生长的系列半导体复杂氧化物在锂离子电池和超级电容器等领域具有很好的应用前景。三维网络状结构有助于电子的快速传输，从而提高能源存储元件的性能。此外，材料直接生长在三维网络结构的基底上，有助于提高电极材料与基底的接触，减小电子传输的内阻，最终实现提高能源存储元件的性能。从项目实施到项目结题。共发表SCI收录论文近30余篇。分别发表在美国化学会的ACS Nano，OpticalExpress, Crystengcomm等杂志。项目期间，5名博士研究生在读，3名硕士研究生顺利毕业，4名硕士研究生在读。良好的完成了项目研究任务。