可见光响应二氧化钛纳米片组装体的表面效应与光催化选择性

先进光催化技术迫切需要开发具有高活性、高稳定性、高选择性及高可见光响应性的半导体光催化材料。针对传统二氧化钛光催化剂之紫外响应与无选择性的缺陷，本项目提出，以可见光响应锐钛矿二氧化钛纳米片为出发点，结合其多层次表面结构（包括外露晶面及原子构型、表面电荷、表面缺陷、表面化学及表面杂质态等）与组装结构的调控，改善可见光光催化活性与选择性，并将其应用于多元混合污染物体系的可控选择性降解处理。深入分析基于晶面特征的多层次表面结构及其影响光催化选择性的规律与内在机制，探讨组装机构与表面结构在调控光催化选择性上的协同作用关系。该项目的开展将改进具有高可见光活性与选择性的二氧化钛光催化纳米材料的合成与组装技术，促进多角度深入认识二氧化钛纳米材料的表面结构与表面效应，丰富半导体光催化选择性的理论知识，为开发新型高效环境技术提供新的思路。

本项目主要研究了二氧化钛及其它半导体光催化纳米材料的表面结构和组装结构调控，并研究了其光催化性能与选择性。主要研究内容和结果包括：.（1）通过二氧化钛纳米光催化材料的表面石墨烯嫁接，合成了二氧化钛/石墨烯的纳米复合光催化材料，并研究了其吸附性质与光催化选择性。该研究结合反应物分子的吸附性质与光催化反应机理两方面来调控二氧化钛的光催化活性与选择性，进一步拓展了调控二氧化钛光催化选择性的思路。.（2）合成了可见光响应的表面氟化的钒酸铋光催化材料，研究了原位氟化对钒酸铋光催化材料的表面结构与光催化性能的影响，发现罗丹明B分子在钒酸铋表面的可见光光催化氧化过程分两步进行，表面氟化促进脱乙基过程，但是表面氟化程度太高时，反而不利于矿化过程，基于此可以调控其光催化选择性。.（3）基于水热条件下SnF2与H2O2的氧化还原反应合成了表面氟化的SnO2纳米空心球，在荧光灯的照射下，在2.5小时内可以有效杀灭7.5×107 cfu/ml的大肠杆菌，不易失活，主要活性物种是光生空穴与H2O2..（4）基于溶剂热条件下乙二烯三胺的调节作用，通过钛酸丁酯的无水醇解反应一步合成具有核壳结构的表面氨化的钛酸盐空心球，乙二烯三胺在调节多级结构与表面性质上具有多重作用。所合成表面与层间氨化的核壳结构钛酸盐空心球具有优异的光催化CO2还原性能，并且产物中没有检测到甲烷，产物主要是具有高附加值的甲醇和少量甲醛，具有一定的光催化选择性。.本项目的研究为二氧化钛及其它半导体光催化纳米材料的表面结构和组装结构控制提供了新的方法，开发出几种高性能的光催化材料，发现了新的光催化表面效应，并为调节半导体光催化材料的选择性提供了新的思路。主要研究成果包括：在国际著名期刊上共发表6篇SCI研究论文（2014年影响因子均大于3），发表的期刊包括Adv. Colloid Interface Sci., J. Mater. Chem., ACS Appl. Mater. Interface, Nanoscale 等，其中第一作者4篇（均为中科院期刊JCR分区化学或工程技术类1区期刊），通讯作者1篇。此外，还有部分的研究成果处于最后的实验补充与整理中，将在2015年发表。同时，项目负责人获得多项奖励荣誉的肯定，积极参与国际国内交流与合作，参加国内外相关领域学术会议并作口头报告6次。