高效光吸收光（电）催化转盘结构与降解染料性能的构效关系研究

染料废水是一种不易光解、难生物降解的感官性污染有机废水，是急需解决的行业污染之一。本项目利用备受关注的半导体光电催化技术作为染料的处理手段。该技术在染料废水中的应用瓶颈是激发光在尚未到达催化剂表面已基本被染料溶液吸收,导致光的利用率很低。而光电化学转盘反应器中的激发光只需穿过几十微米厚的液膜，大大提高了激发光的利用率。本项目在光电化学转盘反应器的基础上，以高效、节能为目标，从进一步提高光的利用率和减少电耗两方面入手，研制具有可见光高效光吸收微观结构的光催化剂并考察其构效关系，并针对性地设计最有利于提高光利用率的尖劈、尖锥光阳极宏观表面结构，提出利用"光电子自发宏观定向转移"的效应，实现不需外加电源的光电催化新机制，并建立光电转盘新技术的液膜低维传质与反应模型，从而发展一种无外加偏压、可见光高效光吸收的光（电）转盘催化新方法，加深对光电催化机理的认识,为该技术高效低耗的应用探索一条崭新途径。

在自然科学基金（批准号：20937003）的资助下，针对本项目提出的高效光吸收光（电）催化转盘结构与降解染料性能的构效关系研究的科学问题，通过贾金平教授、霍宇凝副教授、朱建副教授、徐云兰副教授、王亚林高工、五位博士生和十二位硕士生的研究，申请书中所列研究计划的要点已基本完成。本项目分析了目前光催化在水处理中应用的瓶颈问题，在微观方面制备了多种具有微观光陷阱结构和可见光激发特性的光催化剂，并对其在染料降解方面的构效关系进行了研究；在宏观方面设计了具有多次光反射性能的尖劈和尖锥结构光阳极，应用于转盘光催化液膜反应器上，在增大了催化剂表面积的同时，还可以多次利用反射光，提高光能利用率。对光催化过程中所产生的光生电子，本项目通过外加阴极将其通过外电路有效转移，在阴极选择性生成双氧水或氢气，提高了光量子效率的同时产生氢能和电能，创立了无外加偏压、高效可见光吸收光（电）转盘反应器的新方法。同时为了方便转盘光催化技术的进一步放大和应用，该项目还建立了光电液膜反应器光电催化的传质和反应动力学模型机反应理论。.受本项目资助，已发表与本项目相关SCI源论文（含录用）24篇，国内核心期刊14篇，会议论文28篇，其中在本领域顶级刊物上发表论文5篇（包括J. Am. Chem. Soc. 1篇，Environ. Sci. Technol. 2篇，Chem. Commun. 1篇， AIChE J. 1篇）。同时还有7篇文章在审阅或整理中。已申请专利23项，其中授权13项。共培养了5名博士研究生，12名硕士研究生，其中2人获上海市优秀毕业生。组织并举办了2011年第六届全国环境化学大会，与会人员达到1600人。项目研究过程中参加了国内外各种学术会议，邀请国内外知名专家进行指导，组织课题组成员到国内外知名高校和研究所参观学习。