不同取向A（A=Na，Ag）NbO3单晶薄膜的物理参数与光催化性能之间的影响机制

随着纳米技术的发展，利用各种先进技术制备的具有不同形貌的光催化材料表现出不同的宏观光催化性能。然而，由于研究对象多为粉末样品，所以对于光催化性能的差异仅限于从一些宏观参数（如比表面积、颗粒尺寸等）来解释。本项目拟从材料本质属性上去探索原因，计划从制备具有不同取向的A（A=Na，Ag）NbO3单晶薄膜起步，研究其各向异性的物理参数（光吸收吸收、载流子迁移率和介电常数）及其对光催化性能的影响，以期揭示ANbO3的各向异性与光催化性能之间的内在联系。为达到以上目的，研究工作主要集中在（1）不同取向的ANbO3单晶薄膜的可控制备技术，优化控制各种物理参数的实验条件；（2）完善准确、可靠和有效的光催化性能评价体系；（3）采用单分子荧光显微技术研究氧化物种的产生和浓度分布的各向异性。本项目的实施将揭示这类材料的本质属性对其光催化性能的影响机制，为进一步设计相关的高效光催化材料提供科学指导。

通过在具有不同光电性能的衬底上制备相同的薄膜并研究其光催化性能，揭示了光电惰性的衬底有助于材料光催化性能的测定。通过脉冲激光沉积技术制备不同晶面的单晶薄膜，确定了赝钙钛矿结构的ANbO3各向异性的光催化性能，并且三个低密勒指数晶面的活性顺序依A原子不同而不同。其中NaNbO3（100）< (110) <（111）光催化性能依次增高，而AgNbO3的顺序为（100）<（111）<(110)。各个晶面的光催化降解有机污染物的性能与其产生羟基自由基数量相一致。此外NaNbO3的光催化性能与其铁电畴翻转能力强弱密切相关。发表在Dalton T杂志上的相关研究结果启发其他研究人员用铁电极化提高光催化性能。利用氧化锌单晶薄膜，揭示了六方结构的氧化锌中三个低密勒指数晶面不同的光催化性能。其光催化性能按照(001) < (100) < (110)顺序依次增高。我们提出了光催化性能的制约因素有晶面的表面能带弯曲、表面自由能、表面电导和缺陷浓度。另外，这一研究进展表明合成（110）晶面暴露的样品有望提高其光催化性能。按照不同晶体结构拓展研究，结果表明氯化钠结构的氧化镍也具有各向异性的光催化性能。确定了一些光催化材料的能带位置。通过制备薄膜光电极，揭示了AgNbO3基不连续固溶体的能带的电极电位，证明了Ag的含量可以调控价带顶的位置。利用XPS价带谱，确定了三种不同结构的钒酸铋的价带顶位置，揭示了两种白钨矿结构的BiVO4的光学带隙不同的原因主要来自价带顶位置不同。. 在本项目的资助下，共发表SCI论文13篇，中文论文4篇，申请中国发明专利1项（公开中）；参加国内会议6次，2次口头报告；帮助培养硕士生10名，圆满完成项目当初设定目标。