新型贵金属/TiO2双壳层中空结构催化剂的制备及其分域性催化反应特性研究

For photocatalytic reactions, recombination of photogenerated charges of photocatalysts and deactivation of active intermediates are two key factors in determing their photocatalytic performance. Aiming at this problem, in this project we propose to fabricate a novel metal/TiO2 duble-shell hollow structure, based on which effective charge separation and especially, region-partitioned catalytic reduction/oxidation reactions can be realized, resulting in improved photocatalytic activity. In the experiments, briefly, electroless deposition of noble metals on the templates of polystyrene spheres is first conducted with controlled size, thickness and assembly. Then, controlled hydrolysis of Ti-precursors is performed, generating the uniform TiO2 shell on Polystrene@metal hybrid spheres, and novel metal/TiO2 double-shell hollow structures with tuable size and shape parameters are prepared via designed template removal approaches. Finally, photocatalytic property evaluation and the region-partitioned catalysis of the metal/TiO2 double-shell hollow structures are investigated by selecting suitable photocatalytic system. This research paves a new avenue for highly efficient catalysis on the base of well-designed photocatalysts with novel structures and photocatalytic mechanism.

光催化反应中，电荷复合和催化活性中间体失活是影响催化活性的两个关键因素。针对此，本项目中拟设计合成一种新颖的贵金属/TiO2 双壳层中空结构，通过高效电荷分离，实现催化氧化反应和还原反应的分域进行,抑制催化活性中间体失活，提高催化活性和效率。其中，以聚苯乙烯球为模板，通过控制贵金属的成核、生长和组装过程，实现聚苯乙烯球表面贵金属壳层的可控沉积；利用有机钛前驱体水解法进行TiO2 在贵金属壳层表面的可控包覆，并设计烧结程序去除模板，制备尺寸和结构参数可控的贵金属/TiO2 双壳层中空结构催化剂，考察不同结构参数对其光电活性的影响；最后，选择适当的催化体系进行催化效率的测试，同时结合各种光谱分析方法跟踪目标催化物分子的动态催化进程，系统分析贵金属/TiO2 双壳层中空结构导向的分域性催化反应机制，深入揭示催化反应的新原理，为高效催化剂的设计和催化理论的发展提供经典的研究模型和重要的理论依据。

光催化反应中，电荷复合和催化活性中间体失活是影响催化活性的两个关键因素。针对此问题，本项目中，我们针对高效电子-空穴分离及光催化机制，基于纳米制备和组装技术，构建了一系列金属-半导体中空、核壳、双壳层等特殊结构和高级组装结构，在不同形式的金属、半导体相实现了电子-空穴对的有效分离和催化还原、催化氧化反应的分域进行，有效避免了活性中心的失活和催化逆反应的进行，具有较大的创新性和系统性。同时，在贵金属体系还发现了因光子凝聚效应而产生的类似于半导体光生-电子空穴的催化效果，赋予了人们对传统金属催化概念的新认知。并且，还发展了一种新颖的制备非晶纳米的策略，为非晶半导体材料的发展和光电应用提供了新的机会。此外，基于一些特殊结构材料在储能领域中的优势，在储能研究中获得了具有高容量、高功率和长循环等储能性能。本项目研究过程中以通讯作者发表SCI论文15篇，其中影响因子大于10的论文2篇，大于7的论文8篇，邀请论文1篇，封面论文1篇。因此，本项目获得了一些较为重要的研究成果，在研究方法上有特色、性能上有突破、结果上也有创新。