高活性原位掺杂(BiO)2CO3分等级微球可见光催化净化室内空气污染的研究

可见光催化技术在环境污染净化和清洁能源开发领域具有巨大的应用潜力。申请者在探索中发现了一种结构新颖的高活性原位N掺杂(BiO)2CO3均匀分等级微球，本申请拟在此基础上，针对该类材料的可控合成和应用于室内空气污染净化需解决的关键科学问题，系统研究水热合成工艺条件（前驱体类型与配比、溶剂、反应温度和时间），运用现代表征技术分析材料结构特征，建立合成条件和材料微结构之间的关系，有效调控形貌和结构。动态分析并揭示水热过程不同反应阶段固相样品微结构和液相成分的变化规律，获取重要中间产物信息，据此阐明材料生长机理和原位N掺杂的形成机理，为光催化材料可控合成和原位改性奠定理论基础。运用DFT理论计算和电子自旋共振等方法，确定掺杂N元素在光催化中的作用机理，提出N掺杂(BiO)2CO3的禁带结构模型。结合材料净化室内典型空气污染物性能，构建材料微结构-可见光催化性能关系，为该材料走向应用奠定技术基础。

本项目针对高活性原位N掺杂(BiO)2CO3均匀分等级微球的可控合成和应用于室内空气污染净化需解决的关键科学问题，系统研究了水热合成工艺条件的影响，运用现代表征技术分析材料结构，建立了合成条件和材料微结构之间的关系，实现了形貌和结构的有效调控。动态分析并揭示了水热过程不同反应阶段固相样品微结构和液相成分的变化规律，在获得重要中间产物信息基础上，阐明了N掺杂(BiO)2CO3分级微球生长机理和原位N掺杂的形成机理，为光催化材料可控合成和原位改性奠定理论基础。运用DFT理论计算和电子自旋共振等方法，确定了掺杂N元素在光催化中的作用机理，提出了N掺杂(BiO)2CO3的禁带结构模型。将催化剂应用于室内典型空气污染物的净化，构建了材料微结构-可见光催化性能关系，为该材料走向环境净化应用奠定技术基础。在完成本项目的基础上，还开展了BiOX，C3N4等光催化材料制备、改性及空气净化性能方面的研究，取得了丰硕的研究成果。项目负责人以第一或通讯作者在ACS Catalysis (IF=7.572)，Environmental Science & Technology（IF=5.481），Chemical Communications（IF=6.722），ACS Applied Materials & Interfaces（IF=5.90），Nanoscale （IF=6.739），Langmuir（IF=4.384），Journal of Hazardous Materials（IF=4.331），Dalton Transactions（IF=4.097），Chemical Engineering Journal（IF=4.058），CrystEngComm（IF=3.858)，Catalysis Science & Technology（IF=4.76），Journal of Colloid and Interface Science（IF=3.552），RSC Advances (IF=3.708) ，Industrial & Engineering Chemistry Research（IF=2.235）等期刊发表标明项目编号的SCI论文32篇，其中2篇论文入选全球ESI高被引用论文。申请发明专利4项，授权发明专利2项。在国际国内会议上做邀请学术报告2次、口头报告3次。