可见光响应型碳纤维载AgX/TiO2复合光催化材料的设计、构筑及其协同降解室内有害气体机理研究

For the shortcomings of the traditional titanium dioxide photocatalyst in practical use, such as poor adsorption capacity, easy to drain and low photocatalytic quantum efficiency, it will be the research goal to improve energy efficiency titania-based catalyst and photocatalytic efficiency. In this project, a new carbon fiber multiple composite photocatalyst carrying AgX-TiO2 will be prepared by a variety of synthetic methods such as electrospinning technology, high-temperature roasting techniques, hydrothermal technology and supercritical technology. The absorption of one-dimensional carbon fiber is excellent, and the catalyst with AgX Nanoparticles, which has both excellent adsorption and visible light in situ degradation characteristics, must have good catalytic activity in visible light. So, this composite catalyst will be synthesized in both ways, and the optimum conditions for the preparation of the catalyst will be determined. In this system, the photocatalytic performance of catalyst about the degradation of formaldehyde, methanol, benzene and other indoor toxic and harmful organic gas will be studied. Meanwhile, morphology of photocatalyst and the relations between composition and catalytic properties will be clear, and the mutual collaboration among titanium dioxide, silver halide nanoparticles and the carbon fibers will also be clarified as well as reaction mechanism will be proposed. The development of this catalyst will provide a new theoretical basis for the design and the synthesis of the recycled visible catalyst.

针对传统二氧化钛光催化剂在实际应用中存在吸附能力差、易流失和光催化的量子效率低的缺点，以提高二氧化钛基催化剂光能利用率和光催化效率为研究目标。本项目提出利用电纺丝技术、高温焙烧技术、水热技术和超临界负载技术等多种合成方法制备一种新型碳纤维承载AgX-TiO2的多元复合光催化剂。一维碳纤维有优异的吸附性，AgX纳米粒子的引入会使催化剂在可见光下具有良好的催化活性，该催化剂兼具有高吸附性和可见光原位降解的特性，探索复合催化剂的制备途径，确定催化剂的最佳制备条件。系统研究催化剂降解甲醛、甲醇、苯类等室内有毒有害有机气体的光催化性能，明确此类光催化剂结构形态、组分与催化性能关系，重点阐明二氧化钛、纳米碘化银和碳纤维之间的相互协同作用机制，提出催化反应机理。该催化剂的研制可为可循环利用的可见光催化剂的设计合成提供了新的理论依据。

室内空气污染已成为危害人类健康的“隐形杀手”，如何保障室内空气清洁、高效去除室内有害有机污染物，是保障人类身体健康和良好居住环境的关键。光催化技术可以利用太阳能实现清洁能源的生产和治理环境污染，已经成为人们关注和研究的焦点。光催化技术的核心是开发和设计新型高效的光催化剂，在诸多半导体材料当中，以二氧化钛活性最高、稳定性好而备受研究者的青睐。然而，二氧化钛在光催化应用过程中，存在禁带宽度窄、吸附能力差等问题。因此开发负载型改性二氧化钛基光催化剂是解决这些问题的有效手段。.本项目在国家自然科学基金的支持下，围绕既定的研究目标开展工作，以静电纺丝技术为桥梁技术手段，辅以溶剂热法、气-固反应和高温焙烧过程，实现了系列一维纳米结构（聚合物纤维、碳纤维、纳米管、纳米带）负载的AgX/TiO2、BiOX和BiOX/TiO2复合光催化材料的可控制备，并系统研究了该类复合光催化材料在可见光下对有机污染物（甲基橙、罗丹明B）和有害气体（甲苯）的光催化降解性能。研究表明，该类材料在可见光条件下可以有效的降解甲基橙、罗丹明B等有机物，同时展现出良好的吸附性能和一定的光催化降解甲苯的能力。分析表明，卤化物半导体材料（AgX、BiOX）的改性可以提升TiO2的可见光利用率、抑制电子-空穴的复合，而碳纤维载体的引入可以使复合材料集强吸附性、电子传输优良、循环性能优异等特性于一体，从而促使其性能的提升。本项目的顺利实施，为促进新一代高活性、高稳定性的新型复合光催化材料的设计、开发和应用提供了新的思路和数据支撑。.在国家自然科学基金的资助下，本项目完成了计划任务书中所涉及的研究内容，并有所拓展，创新性成果在国内外期刊上发表论文9篇，会议论文5篇，较好地完成了计划任务。