多级结构氧化物阵列吸附材料的可控制备与吸附机制研究

In this project, the hierachical structure oxide array will be assembled on the cheap substrate by solution chemical routes. It is a simple and economical method to obtain adsorption materials with high selectivity and good recycle abilities. The adsorption ability for the hierachical oxides array with diferent surface modification,such as kinds, distribution and interface structure, will be also studied in detail. The mechanism for gas molecular, dyes and heavy metal ions adsorption will be studied by combining theoretical caculation with characterizations of X-ray photoelectron spectroscopy, optical spectrum, etc.. Moreover, a fundamental, molecular or atomic-level understanding of adsorption processes will be built. According the required adsorption properties, the selectivity and recycle ability of materials will be improved by the fine regulation of the assemble types, heterostructure interfaces, and surface modified materials. the engineering of novel percolator will be realized finally. Therefore, the development of this project may provide theoretical guides for further investigation of the relationship between the hierarchical oxide array and their adsorption, and practical applications of the device.

本项目针对目前吸附材料的再生困难、吸附选择性差和机制不清楚等问题，拟通过简单的溶液化学方法，在廉价的基底表面组装氧化物基多级结构阵列吸附材料，探索氧化物多级结构材料表面修饰物的种类、分布及界面结构等对吸附质吸附特性的影响。通过光谱、能谱技术和理论计算模拟揭示气体分子、染料和重金属离子在多级结构氧化物基阵列材料表面和界面上吸附的本质，以及相互作用过程中表面电子的传递规律，进而从分子、原子水平上解释吸附机制。以吸附性能为导向，对阵列材料的组装形式、异质界面以及修饰材料的精细调控，进而提高材料的选择性和再生能力等综合性能，实现新型吸附器件的优化设计。为探索氧化物基多级结构阵列材料显微结构与吸附性之间的关系和器件的实际应用奠定理论基础。

本项目针对目前吸附材料的再生困难、吸附选择性差和机制不清楚等问题，采用简单的液相合成等方法制备由低维单元构筑的多级结构氧化物材料，并实现在廉价的基底表面的原位组装。通过改变反应体系、优化反应条件和修饰手段等调控材料组装形式、异质界面、表面基团种类与浓度；检测材料的吸附性能并借助理论计算和先进的表面分析技术，深入研究材料结构、表面基团对其吸附性能的影响，揭示材料的组成单元、组装方式、裸露晶面及表面基团与吸附特性之间的规律。本项目利用原位组装技术制备了十余种具有特定修饰层的氧化物基多级结构阵列材料，对有毒有害气体、重金属离子实现了高选择性、可重复、大容量快速吸脱附。利用XPS 、GC-MS和原位DRIFT等技术联用，结合理论计算揭示氧化物基多级结构阵列材料与分子作用过程，总结了材料组装、表面化学与吸附性能之间的关联。相关成果发表SCI论文43篇，其中中科院分区一区论文26篇，二区论文12篇，1篇论文入选ESI高被引论文，一篇论文入选Small Structure 内封面，并被Willey材料科学期刊中国官方公众号报道。这些成果在气体传感器方面有着潜在的应用价值。