新型高效镓基光催化材料的形貌控制合成及光催化性能研究

环境污染和能源短缺已成为人类发展面临的重大问题，而光催化技术是能够实现能源、经济和环境保持可持续发展的有效途径之一。本项目可利用我国储量居世界第一的镓矿资源，探索微波水热技术对高效镓基光催化剂的形貌控制合成新方法。通过对材料进行形貌控制，调变晶粒尺寸、微观结构以及禁带宽度等实现光催化过程量子效率的提高，获得新型高效的镓基光催化剂。通过透射电镜、扫描电镜及X-射线衍射等表征样品形貌与结构；研究该材料催化降解有机污染物和光解水制氢的催化性能；通过太赫兹时域光谱技术测量化合物的导电率，并计算禁带宽度及载流子寿命等，探讨催化剂的粒径、形貌及组成等对其禁带宽度和载流子寿命的影响，从微观领域探索该化合物微结构、形貌、晶粒尺寸等对催化性能的影响规律，为镓资源在光解水制氢和环境净化技术方面的综合利用提供理论依据和经验积累。本项目将为新型高效光催化剂的设计与开发及其在环境污染治理方面的应用打下理论基础。

本项目针对目前多数光催化剂活性不高，量子产率低以及光催化机理不清楚等问题而开展研究。通过对材料进行形貌控制，调变其晶粒尺寸、结晶度、表面微观结构以及禁带宽度等实现对光催化过程量子效率及其可见光吸收能力的提高。制备出具有不同形貌和光吸收性能的GaOOH，测定其光催化活性，确定光催化活性和形貌及光吸收性能的关系。为了加快光催化剂实际应用的进程，本项目还通过多种材料的复合技术实现了对其表面微观结构以及可见光吸收能力的调变，提高了可见光的利用率和光生载流子的分离效率。研制出系列新型可见光响应的光催化剂，如Sb2S3/TiO2, Ag3PO4/graphene-oxide, g-C3N4/SnS2, g-C3N4/ Zn0.25Cd0.75S, Ag/AgCl/Bi2MoO6, g-C3N4/Bi2MoO6, BiOI/Zn2SnO4等。通过透射电镜、扫描电镜及X-射线衍射等表征样品形貌与结构；研究材料催化降解有机污染物和光催化还原重金属离子Cr6+的催化性能；在催化机理研究方面，本项目采用荧光光谱、光电压谱和光电流作用谱，研究光催化剂的能带结构、光生电子的寿命以及光生载流子分离机制，揭示紫外光或可见光照下光催化反应的机理。该项目研究至今已在Appl. Catl. B. Environ.，J. Hazard. Mater.，Dalton Transactions，RSC Advances等期刊发表SCI收录论文9篇。