微生物还原贵金属并作为模板合成光催化材料的研究

Due to its excellent photocatalytic ability and chemical stability, TiO2 has been considered as one of the most important solar energy capture and photoelectric conversion semiconductor materials. However, pure TiO2 can only absorb ultraviolet light of the sunlight, due to its large bandgap , which greatly impedes its widespread applications. It is one of the most effective way to improve the photocatalytic performance of TiO2 photocatalysts modified by noble metal nanoparticles. However, precious metals are expensive, which will greatly increase the photocatalyst production costs. At present, with the development of industry, some wastewater contain a large amount of precious metal ion pollutants. Therefore, it is also of great economic and social significance to recover precious metals from waste streams..This project uses microorganisms to reduce noble metal ions and use it as a template to synthesize photocatalyst. It is possible to synthesize the photocatalysts with excellent photocatalytis preformance while reducing precious metal ions. It is achieved the purpose of turning waste into treasure. Moreover, there are various forms of interface interaction between the noble metal nanoparticles and the semiconductor. This project will further study the relationship between the local surface plasmon effect of the noble metal nanoparticles and the semiconductor-precious metal bonding form. In order to provide experimental and theoretical support for the development of new and efficient photocatalytic materials.

TiO2由于具有优异的光催化能力和化学稳定性，一直被认为是最重要的太阳能捕获和光电转换半导体材料进行研究。但是，纯TiO2是宽禁带半导体材料，只能利用太阳光的紫外部分，而且，光生载流子容易复合，利用效率低。贵金属纳米粒子修饰改性TiO2光催化剂是提高其光催化性能的有效方式之一。然而贵金属价格昂贵，这会大大增加光催化剂的生产成本。目前，随着工业的发展，一些水体中含有大量贵金属离子污染物，因此，从废液中回收贵金属也具有十分重要的经济和社会意义。.本项目利用微生物还原贵金属离子，并以此为模板合成光催化剂。在回收贵金属的同时能够合成具有优异光催化性能的光催化剂，达到了真正的变废为宝。而且，贵金属纳米颗粒与半导体之间的界面相互作用形式是多种多样的，本项目将进一步研究贵金属纳米颗粒的局域表面等离子效应与半导体-贵金属之间结合形式的关系，为发展新型高效的光催化材料提供实验和理论支持。

使用具有表面等离激元效应（SPR）的贵金属纳米粒子对TiO2光催化剂修饰改性是提高其光催化性能的有效方式之一。但是，贵金属在地球上的含量低，价格昂贵，会大大增加光催化材料的生产成本。随着工业发展，一些水体中含有大量贵金属离子，这既造成了水体污染物，又形成了贵金属的流失。研究表明，微生物还原贵金属离子在贵金属离子废水处理以及贵金属回收中具有良好的应用前景。此外，微生物细胞具有各种各样的几何外形，目前用现有的任何加工手段都很难加工出天然微生物如此精致的三维结构，因此它们也为纳米材料的合成提供了丰富的模板。因此，微生物作为反应媒介和模板来合成结构可控的纳米材料是一个极具潜力的发展方向。. 本项目提出利用微生物还原贵金属离子，并以此为模板合成光催化剂。在回收贵金属的同时能够合成具有优异可见光催化性能的光催化剂，达到了真正的变废为宝。选取大肠杆菌为代表，对Au3+离子进行吸附还原，并以此作为模板，最终制备了E-TiO2/Au /TiO2纳米复合结构，借助于大肠杆菌天然的体腔效益，实现了回音壁模式（WGM）共振和SPR协同作用。数值模拟与实验表征都证明了WGM和SPR的结合极大地增加了等离子体E-TiO2/Au/TiO2结构的光吸收和界面近场。与其他具有相同Au含量的TiO2/Au结构相比，E-TiO2/Au/TiO2在可见光范围内显示出最高的光催化活性。这种方法为制备具有复杂结构的等离激元光催化剂提供了一种有前途的简单绿色方法，将废物转化为有价值的能量收集材料体系，实现了真正的变废为宝。通过本项目的研究，对发展新型高效的光催化材料提供实验和理论支持，具有巨大的社会经济价值。