带隙可调石墨烯纳米带杂化材料的制备及对含近红外宽谱光电子转化效果的研究

How to improve the photocatalystic ability induced by wide-band solar light ,especially by near-infrared band, is the key in our project. Here we plan to adopt the nobel metal nanoparticles which can adsorb the energy from the wide-band solar light including the near-infrared band and excellent electric and adsorptive properties from the graphene nanoribbon which could be controlled band gap to improve the photocatalystic ability induced by band-gap solar light. We study transfer mechanism and separated function of photoinduced charge from the energy adsorbent and inquiry the transfer mechanism of interface charge induced by graphene,semiconductor and noble metal nanoparticles and investigate the relationship of photocatalystic activity between the band-gap and solar band. This project has important theoretical significance and practical value in revealing the mechanism of photocatalystic activity induced by wide-band solar light and develop a novel and green method to degrade the organic pollute water.

如何提高太阳光催化降解污染物的效率，特别是利用包含近红外宽谱太阳光进行光催化活性的提高是本项目研究的重点。本项目拟采用可吸收包含近红外宽谱的太阳光的能量吸收剂及带隙可调石墨烯纳米带作为杂化材料，利用杂化材料优异的导电、吸附性能与半导体光催化剂的协同作用，扩大石墨烯纳米带光催化材料的响应波段至包含紫外-可见-近红外的宽谱太阳光波段；研究杂化材料光生电荷产生机制、迁移方式、传输机制、电荷空穴的分离途径及其催化效果的相互关系；以及通过调控石墨烯纳米带的带隙大小，选择能与从紫外-可见光-近红外光区域光能量相匹配带隙大小的石墨烯纳米带杂化材料，实现此类材料在宽谱太阳光条件下降解有机染料类水污染物的效果研究。通过本项目实施，阐明包含近红外光宽谱太阳光的催化作用本质，提高太阳光的利用效率，发展利用石墨烯纳米带在常温常压下绿色、高效地消除有机染料污染物的方法。

提高对太阳光的宽谱带波长利用效率是近年来全世界的科研目标。本项目构筑合成了可吸收包含近红外宽谱的太阳光的能量吸收剂及带隙可调石墨烯及类石墨烯为基底的杂化材料，利用杂化材料优异的导电、吸附性能与半导体光催化剂的协同作用，扩大石墨烯及类石墨烯的响应波段至包含紫外-可见-近红外的宽谱太阳光波段；研究了石墨烯基杂化材料光生电荷产生机制、迁移方式、传输机制、电荷空穴的分离途径及其催化效果的相互关系；以及通过调控石墨烯基材料带隙大小，选择能与从紫外-可见光-近红外光区域光能量相匹配带隙大小的石墨烯基杂化材料，实现此类材料在宽谱太阳光条件下降解有机染料类水污染物的效果研究。.本项目重点研究了1）采用简单的高能球磨法制备出了黑磷纳米片/氮化钨的Z型异质结光催化剂，能够在近红外区域具有高活性的无贵金属光催化效果；2）采用简单的湿化学法制备出了Mo2N/ g-C3N4异质结，这类材料呈现出高活性的催化效果；3）采用简单的水热法制备出了CdS/ BiVO4的复合材料，该类Z型异质结是具有高活性的光催化活性；4）利用光芬顿反应制备出边缘氧掺杂的多孔结构石墨相氮化碳纳米片，边缘氧掺杂的多孔结构石墨相氮化碳纳米片能够是具有高活性的光催化活性，提升了光催化效果。.通过本项目的实施，依据具有特殊结构的贵金属纳米颗粒对于近红外光有吸收的性质以及石墨烯基杂化材料的带隙可调的性质，通过考察不同制备条件、组分配比等因素，摸索出最佳制备手段和工艺条件，合成制备出包含近红外光宽谱太阳光响应的石墨烯基杂化光催化材料，并将此类材料应用于水环境污染中的有机染料分子的降解作用。同时探究石墨烯基杂化材料带隙调控的机制和原理、光生电荷在有机染料分子上的分离机制和迁移途径，以及由此而生的光生电荷在有机染料分子上的分离机制、迁移途径及催化方式，揭示太阳光利用率提高的原因及光催化活性提高的机理原因和控制因素，并对石墨烯基杂化材料在环境水污染领域的绿色、高效应用提出新的思路。