分子印迹无机半导体薄膜修饰TiO2纳米管阵列环境功能材料及其在POPs降解应用中的基础研究

本申请针对我国环境污染问题，以废水中的有机污染物尤其是典型持久性有机物污染物（POPs）的降解削减为研究目标，研制对典型POPs具有高选择性、高吸附性和高光催化降解性能的多功能复合型TiO2 纳米管阵列材料。具体研究（1）制备具有高度取向、结构可控的TiO2纳米管阵列；（2）采用分子印迹技术制备分子印迹化无机半导体膜修饰的TiO2纳米管阵列环境功能材料，提高材料对POPs的吸附、选择能力以及拓宽TiO2的光谱吸收范围；（3）研究POPs在TiO2纳米管材料表面上的富集、迁移、催化降解反应等界面过程和机制，探明纳米材料结构与POPs降解效率之间的关系。以上研究将为TiO2纳米材料在有机废水的实际处理中提供理论依据和技术支持。

研究内容：.要实现有机污染物的高效、规模净化目标，必须综合材料的吸附和光催化性能。因此研究新型功能化光催化材料，并深入研究它的催化机理和吸附-催化协同效应，对建立有机污染物的环境深度净化新技术意义重大。本项目以TiO2纳米管阵列及其复合物的制备及POPs在纳米材料上的催化降解过程与反应机制为主要研究内容，具体开展了以下几个方面研究： .(i). TiO2纳米管阵列及其功能复合物：具体包括纯TiO2纳米管阵列、金属掺杂TiO2纳米管阵列、非金属掺杂TiO2纳米管阵列或半导体复合TiO2纳米管阵列的制备与结构表征；.(ii). TiO2纳米管及其功能复合物的分子印迹功能化：具体研究在TiO2纳米管及其功能复合物表面制备以典型POPs为印迹分子、以TiO2为印迹基质材料的分子印迹TiO2薄膜，并对其形态、结构进行分析表征； .(iii).石墨烯及其复合物修饰TiO2纳米管阵列的制备新方法研究：石墨烯-金属粒子复合物，石墨烯-半导体复合物修饰TiO2纳米管阵列的制备；.(iv).石墨烯及其复合物修饰TiO2纳米管阵列的结构、光电性能及界面作用机制研究：石墨烯及其复合物与二氧化钛纳米管阵列表面的作用方式、石墨烯及复合物的宏观和微观形态、复合催化剂的光电特性和电荷传输特性； .(v).POPs在光催化剂表面反应的界面过程与反应机制研究：具体研究POPs在光催化剂表面的识别、吸附、传质和氧化降解反应等过程； .(vi).光催化剂材料结构和POPs光催化降解效率之间的关系研究：研究TiO2纳米管表面宏观形态和微观精细结构组成对催化活性种和活性位点的影响，由此探索光生电荷的分离途径和揭示纳米材料结构与POPs光催化降解效率之间的关系。 .解决的关键问题： .(i).具有吸附-催化协同效应的TiO2纳米管功能材料的制备技术；.(ii).POPs降解界面过程与反应机制研究方法与技术。.研究成果：.发表SCI收录论文22 篇，其中影响因子大于3的 15 篇，影响因子最高为7.823，最高引用109次；申请专利30项，授权专利 10 项；培养博士生 3 人，硕士生 10人。 培养教育部新世纪优秀人才计划资助者1名、湖南省杰出青年基金获得者1名。