非化学计量比富氧缺陷氧化钨/二氧化钛杂化纳米片的构建及光催化性能研究

Titanium oxide -based visible-light Photocatalysts with localized surface plasmon resonance (LSPR) is one of the hotspots of the current study. Currently, the carrier of the LSPR effect are mainly noble metal nanoparticles . How to further improve their photocatalytic efficiency abd reduce costs are the difficulties and bottlenecks of the kinds of materials research. Nonstoichiometric blue WO3-x has recently been found to have LSPR effect, and can strongly absorb visible and near infrared light. Two-dimensional (2D) nanosheet-like semiconductor heterostructure with exposed active facets could strengthened the absorption and utilization of solar light, promote the migration and separation of photo-generated carriers, improve the adsorption of reactants, therefore, the researcheres for the preparation of WO3-x nanoparticles load TiO2 nanosheets with exposed active facets is very important. By studying the formation mechanism of the new non-precious metal plasma photocatalytic materials, we can find some new ways to improve photocatalytic degradation efficiency of persistent organic pollutants. At the same time, by revealing the relationships between structure and properties of the photocatalytic activity of the WO3-x nanoparticles loaded TiO2 nanosheets, we can develope highly efficient, visible light response and environment friendly new titanium-based photocatalytic materials.

具有等离子体共振效应的氧化钛基可见光光催化材料是当前研究的热点之一，等离子体共振效应发生载体通常是贵金属纳米粒子。如何进一步提高其光催化效率、降低成本，是该种材料研究的难点与瓶颈。非化学计量比的蓝色WO3-x 最近被发现具有等离子体共振效应，强烈吸收可见－近红外光。本项目根据活性晶面暴露的二维片状异质型复合半导体具有加强光能的吸收与利用、促进光生载流子的迁移与分离、加强反应物吸附等多重优点，通过溶液相制备路线，合成WO3-x纳米粒子负载的TiO2纳米片复合材料，研究该新型非贵金属等离子效应光催化材料的形成机理，探讨其在可见光辐照下降解持久性有机污染物的效率提高机制，揭示WO3-x负载的活性晶面暴露的氧化钛基复合材料的结构与光催化性能之间的构效关系，为制备高效、可见光响应、环境友好的新型光催化材料提供新思路、新方法，对促进化学、环境和材料学科的交叉融合，解决环境污染问题，具有重要的学术意义。

一、项目背景.具有等离子体共振效应的氧化钛基可见光光催化材料是当前研究的热点之一，等离子体共振效应发生载体通常是贵金属纳米粒子。如何进一步提高其光催化效率、降低成本，是该种材料研究的难点与瓶颈。.二、主要研究内容.本项目根据活性晶面暴露的二维片状异质型复合半导体具有加强光能的吸收与利用、促进光生载流子的迁移与分离、加强反应物吸附等多重优点，通过溶液相制备路线，合成WO3-x纳米粒子负载的TiO2纳米片复合材料，研究该新型非贵金属等离子效应光催化材料的形成机理，探讨其在可见光辐照下降解持久性有机污染物的效率提高机制。.三、重要结果.（1）纯的TiO2纳米片只具有紫外光活性，负载上W18O49后，这种复合的异质结纳米片具有很好的全光谱光电响应活性，从紫外到近红外范围，均表现出光电效应。利用这种材料作为光催化剂，发现其具有优异的全光谱光催化降解有机偶氮染料分子的能力。.（2）制备出了一种超细的W18O49纳米线，发现其具有优异的光催化合成苯甲醛的性能。在可见光的照射下，W18O49纳米线可以将甲苯催化成苯甲醛，选择性高达92%，转化率高达95%。.（3）发展了一种原位地在半导体表面生长贵金属纳米粒子的室温溶液相方法。这种方法无需外来的还原剂，利用过渡金属氧化物本身所含有的氧空位的还原性，原位地将贵金属前驱体还原。这种金属/半导体杂化纳米结构具有优异的光催化性能。.（4）分级多孔核壳结构硫化钼光电催化分解水。制备出了一种分级构造的硫化钼核壳结构材料。在420纳米以上可见光的照射下，该光电化学系统可以高效地分解水产氢，产氢开启电压因为150毫伏。.（5）可控地合成{101}晶面暴露的钛酸锶纳米多面体光催化剂。发现{101}晶面的暴露的钛酸锶三棱柱具有比{001}晶面暴露的正方体高的多的光催化降解有机物性质，计算结果表明，{101}晶面的反应活性大大高于{001}晶面。.（6）此外，将金属性半导体（或准金属）概念延伸到对半导体光电活性的调控，制备出了活性较高的几种SERS基底材料。.本项目截至2018年12月，以申请人为通讯作者共发表SCI文章18篇，其中一区论文13篇，授权发明专利2项。