高能面二氧化钛的超强氟效应光催化降解恶臭有毒气体

本项目针对恶臭有毒气体的危害性和现有处理方法的缺陷，提出开发新型低成本、高效率和环境友好的恶臭有毒气体分解方法的必要性。TiO2的氟修饰不仅能使体系的光活性大大增强，而且有利于增强催化剂的稳定性（防止催化剂中毒）。本项目基于申请人发现的氟效应与本征TiO2光活性之间的正相关关系，以及最近文献报道的高能面TiO2纳米晶（片）的强光催化活性，而预测出高能面TiO2将显示出比多晶TiO2粉末更为显著的氟修饰正效应（超强氟效应）。本项目首次提出高能面TiO2纳米晶（片）的微波合成法及其氟修饰性能研究。通过对高能面TiO2纳米晶（片）在微波条件下生长机理的研究，最终实现其快速和可控制备。通过考察高能面TiO2晶面结构、光电化学性质与氟修饰对光活性的影响，建立表面结构、性质与光催化性能的关系模型，为开发具有知识产权的新型高效和环境友好的恶臭有毒气体分解方法提供实验和理论依据。

实现了高能面二氧化钛的晶面调控、生长机理及构效关系的研究。主要研究成果：(1)提出了相组成对二氧化钛氟效应影响的关系模型，发现TiO2的相结构对氟效应有重要影响。氟修饰促进锐钛矿型TiO2的光活性，但显著抑制金红石型TiO2的光活性。金红石型TiO2因为光生载流子容易复合，在动力学上无法氧化溶剂水为游离羟基自由基（Appl. Catal. B 2010, 95, 383）。(2) 研究了高能面二氧化钛的晶面组成与光活性之间的关系, 发现高能面二氧化钛的高光活性，是其晶面活性与表面氟效应的协同作用。表面氟效应对高能面二氧化钛光活性的贡献不容忽视（Appl. Catal. B 2010, 100, 378）！ (3) 研究了空心二氧化钛微球表面残余氟离子对其光活性的影响, 发现氟离子不仅促进二氧化钛晶化，同时也导致了表面氟化问题。用氟离子化学诱导自转变法制备的空心球，其高活性不是来源于氟离子促进的晶化，而是来源于表面残余的氟离子修饰作用。(4)发现了高能面TiO2纳米片具有高热稳定性。热处理导致高能面TiO2纳米片优先沿[001]方向融合生长，通过降低高能面暴露比例来提高催化剂的稳定性。高能面TiO2表面的吸附氟离子，不仅有利于有毒气体的降解和矿化，也对其高热稳定性有重要影响。氟的强烈吸附抑制了Ti-O-Ti链的增长，进而提高了相变温度（Appl. Catal. B 2011, 104, 275）。（5）发现了新型TiO2空心纳米颗粒的制备方法——过氧化氢诱导的氟离子化学诱导自转变法（CrystEngComm 2011, 13, 7044）。（6）开发了高能面二氧化钛片状纳米晶的微波合成方法（J. Mol. Catal. A 2012, 356, 137）。.共发表标注基金项目号（20977114）的研究论文22篇（其中SCI收录论文12篇，国内学术会议论文6篇，国际学术会议论文4篇），相关论文被Chem. Rev.和Chem. Soc. Rev.所引用。参加国际学术会议2次，国内学术会议4次（学术会议上均做口头报告）。获武汉市优秀学术论文二等奖一次，培养硕士研究生5名。申请项目相关的国家发明专利2项（第一申请人）。以该国家基金项目为依托，项目负责人申请到湖北省杰出青年基金项目（2011CDA107），并成功入选2012年教育部“新世纪优秀人才支持计划"。