ZnWO4/Ag3PO4纳米结构阵列的构筑及可见光催化性能研究

It is significantly important to design and synthesis new visible light photocatalyst with high catalytic efficiency. This project would design and synthesis of efficient ZnWO4/Ag3PO4 based on the ordered porous nanostructure arrays. On the one hand the composite structure ZnWO4/Ag3PO4 effective to inhibit light corrosion, on the other hand has a large number of edges, corners exposed on the surface and inside of ordered pore nanostructure arrays. The special ordered nanostructure arrays have abundant sharp corners and edges possessing high surface areas and promoting photochemical performance, such as more reaction sites, stronger adsorption of reactants on the surface, multiple light refractions and reflections in the composite structure ZnWO4/Ag3PO4, more active holes and higher quantum efficiency. The mechanism of growing ordered porous catalyst will be discussed. Meanwhile, we will study the relationship of ordered porous nanostructure arrays of morphology, size, crystallographic orientation and photocatalytic properties, investigate its activity of decomposing typical environmental pollutants, explore the principles of the photocatalytic reaction, and practical value for the further development of photocatalytic technology.

设计合成新型高效可见光驱动光催化材料是半导体光催化技术的核心问题。本项目拟以可见光催化复合材料ZnWO4/Ag3PO4，基于胶体晶体模板设计合成有序孔状的ZnWO4/Ag3PO4 纳米结构阵列。一方面ZnWO4 与Ag3PO4 的复合结构，能有效抑制Ag3PO4 的光腐蚀现象，另一方面在有序孔ZnWO4/Ag3PO4 纳米结构阵列的表面和内部都有大量的边、角暴露，这种开放式的高比表面特殊有序孔纳米结构阵列使光催化反应的反应点增多，有利于反应物在光催化材料表面吸附，而且光在催化剂的内部存在折射、反射效应，有利于增加光催化活性位的空穴和提高催化剂的量子效率，从而提高光催化活性。通过本项目研究建立有序多孔催化剂的合成机制模型，研究其对典型环境污染物的光催化活性，总结有序孔纳米结构阵列的形貌、尺寸、晶向与光催化性能之间的关系，阐明光催化的基本规律，对进一步开发光催化技术具有重要的科学和应用价值。

本项目制备高效可见光催化复合材料ZnWO4/Ag3PO4，通过XRD、SEM和TEM检测表明，ZnWO4颗粒成功的沉积在Ag3PO4基底上。同时，光催化实验表明，4％的ZnWO4/Ag3PO4复合材料表现出较高的光催化活性，高于纯相Ag3PO4的光催化活性。发光光谱测试表明复合材料ZnWO4/Ag3PO4更有效的分离和转移光生电子和空穴。根据其能带结构分析了ZnWO4/Ag3PO4复合材料的光催化机理。通过构建ZnWO4/Ag3PO4复合材料，得到具有良好光催化活性，一方面ZnWO4 与Ag3PO4 的复合结构，在光催化过程中有效抑制Ag3PO4 的光腐蚀现象，另一方面在有序孔ZnWO4/Ag3PO4 纳米结构阵列的表面和内部都有大量的边、角暴露，这种开放式的高比表面特殊有序孔纳米结构阵列使光催化反应的反应点增多，有利于反应物在光催化材料表面吸附，而且光在催化剂的内部存在折射、反射效应，可有效的提高催化剂对光的吸收，有利于增加作为光催化活性位的空穴和提高催化剂的量子效率，从而提高光催化活性。通过本项目研究建立有序多孔催化剂的合成机制模型，研究其对典型环境污染物的光催化活性，总结有序孔纳米结构阵列的形貌、尺寸、晶向与光催化性能之间的关系，阐明光催化的基本规律，探讨光催化反应机理，对进一步开发光催化技术具有重要的科学和应用价值。