近红外光催化机理与纳米带表面异质结构全光谱太阳光催化材料

Full spectrum of sunlight photocatalyst is difficult to be realized, because there is no near-infrared light active photocatalystsavailable. Bismuth tungstatehas just been proved to possess high infrared photocatalytic activity. The proposal will focus on the investigation on infrared photocatalytic mechanism by studying light absorption, conversion, transfer and recombination of light-induced carrier in Bi2WO6 nanoparticles through simulation and experiments, which can direct the finding and design of new near-infrared photocatalysts. In addition, the enhancement of activity of near-infrared photocatalyst will be addressed. By assembling visible and infrared phtocatalysts on the surface of TiO2 nanobelts, a full spectrum of sunlight photocatalyst can be obtained. The absorption, conversion, transfer and recombination mechanism of the heterostructured photocatalyst, especially the synergy and coupling effect between nanobelt and nanoheterostructure, and among the nanoheterostructures will be investigated.After understanding the dynamics process of the carrier transfer at the interface of the heterostructures, design and synthesis of high performance full spectrum of TiO2 nanobelt surface heterostructures photocatalyst. Based on the one-dimensional morphology of the heterostructures, paper-like membrane can be prepared. A device and system for filter-style continuous solar photocatalysis will be design and prepared. This project is related the proposal ofintegrating UV, Visible, near-infrared light active photocatalytic property into one system, to get full spectrum of sunlight photocatalyst first time, which will bring great progress in photocatalytic mechanism, and applications.

因为近红外活性的光催化剂的缺失，难以实现全光谱太阳光光催化。申请者最近发现钨酸铋具有很高的近红外光催化活性和稳定性。本研究以钨酸铋为主要研究对象，利用理论模拟和实验测试解析钨酸铋的光吸收与转化、载流子的复合与传输过程，研究近红外光催化机理，在此基础上发现和设计新型近红外光催化剂，并实现近红外光催化性能的增强。将近红外和可见光催化剂组装到二氧化钛纳米带表面，形成纳米带表面异质结构，研究其光吸收、转化和光生载流子的传输与复合机理，特别关注纳米带与表面异质结构之间的协同与多体耦合效应，通过理论和实验研究正确理解界面载流子传输动力学过程，设计和合成高效全光谱纳米带表面异质结构复合太阳光光催化材料。利用其准一维特性制备纳米纸张，通过器件设计，实现过滤式全太阳光谱连续光催化原型装置。本项目首次提出近红外-可见-紫外光催化功能复合的全光谱纳米带表面异质结构太阳光催化剂，将对光催化理论发展和实用化带来重要进步。

光催化作为一种光能转化过程，已经获得了研究者的广泛关注，理论上，实现以太阳光为光源的光催化可以实现有机污染物的降解、光分解水产氢制氧，以此来解决环境和能源的两大问题。而光催化性能受制于两大方面，分别是吸光光谱范围和光生载流子的利用率。本研究就是针对以上两个问题开展研究，旨在明确宽光谱响应光催化剂的工作机理，并提高光催化反应效率。具体以钨酸铋为主要研究对象，利用理论模拟和实验测试解析钨酸铋的光吸收与转化、载流子的复合与传输过程，研究近红外光催化机理，在此基础上发现和设计新型红外光催化剂，发现了WS2、In2S3、Ag2O等近红外光催化剂，并实现了近红外光催化性能的增强。将近红外和可见光催化剂组装到二氧化钛纳米带表面，形成纳米带表面异质结构，研究其光吸收、转化和光生载流子的传输与复合机理，特别关注纳米带与表面异质结构之间的协同与多体耦合效应，通过理论和实验研究正确理解了界面载流子传输动力学过程，设计和合成高效全光谱纳米带表面异质结构复合太阳光光催化材料。利用纳米带的准一维特性制备纳米纸张，通过器件设计，实现过滤式全太阳光谱连续光催化原型装置。提出并实现了近红外-可见-紫外光催化功能复合的全光谱纳米带表面异质结构太阳光催化剂。在以上基础上，与公司合作开发了一些光触媒产品及污水处理一体化设备，为光催化技术在深度污水处理上的应用奠定了基础。