二维碳化钴纳米片的制备及其对化学毒剂的光热催化降解性能研究

Chemical warfare agents (CWAs) are a classic of high toxic compound which can cause mass destruction. The occasionally happened terrorist attacks and the problems caused by the destruction of Japanese ACWs make the development of the decontamination and disposal technologies of CWAs become an inevitable demand for public security and eco-environmental safety. Photocatalytic destruction of CWAs is believed to be one of the most promising technology as it provides a sustainable strategy using renewable solar energy. In order to improve the efficiency in the solar energy utilization of photocatalytic decontamination technology, this project is to synthesize two-dimensional (2D) cobalt carbide (CoxC) nanosheets, which show broad spectrum response and extraordinary photothermal effects and abundant active sites, as photocatalyst for broad spectrum light driven high effective photothermal catalytic degradation of CWAs. We also aim to elucidate the reaction mechanism of photothermal catalytic degradation of CWAs by CoxC nanosheets. This work will provide a novel approach to efficiently use the inexhaustible solar energy for photocatalytic decontamination of CWAs.

化学毒剂是一类能够对人畜产生大规模杀伤的剧毒化合物。近年来，时有发生的恐怖事件和日遗化武销毁引起的公共安全和生态环境问题，使得对化学毒剂的消毒和应急处置技术发展成为必然需求。光催化技术能够有效利用可再生的太阳能，被认为是最有前途的毒剂消毒技术之一。针对化学毒剂光催化消毒技术太阳光利用率低的问题，本项目拟制备二维碳化钴纳米片作为光催化剂，基于碳化钴纳米片的宽光谱响应、光热转化效率高及表面活性位点丰富等特点，结合纳米片结构调控和表面特性优化，实现宽光谱光驱动的化学毒剂高效光热催化降解，阐明碳化钴纳米片光热催化毒剂降解的反应机理，为提高光催化毒剂降解反应的太阳光利用率提供新的解决途径，也为化学毒剂降解技术提供新的研究思路。

本项目旨在通过二维碳化钴纳米片等光热催化剂的制备，利用材料的的宽光谱响应、光热转化效率高及表面活性位点丰富等特点，结合材料结构调控，实现宽光谱光驱动的化学毒剂高效光热催化降解，并阐明光热催化毒剂降解的反应机理，为化学毒剂降解技术提供新的研究思路。在项目三年执行期间内，我们建立了二维Co2C纳米片等光热催化材料的制备方法，通过对纳米片形貌、表面结构调控以及复合纳米材料的制备，实现了对三类化学毒剂（HD、GD、VX）的宽光谱光驱动高效光热催化降解。在此基础上，我们结合材料表面活性位点表征、毒剂分子吸附作用理论计算、降解产物分析等手段阐明了催化剂与毒剂的吸附作用与降解反应路径，实现了化学毒剂的高效光热催化降解途径建立和反应机理的阐释，为化学毒剂高效光热催化处置技术的发展提供了基础数据支撑。依托本项目的资助，共在Appl. Catal.B, J. Mater. Chem. A等期刊发表SCI论文8篇。授权中国国家发明专利1项，申请中国国防发明专利1项。