可磁分离TiO2基光催化剂对酞酸酯降解及制氢耦合体系的研究

It is an urgent task to development new and effective methods for the removal of phthalate esters which caused the "Plasticizer Storm" from Taiwan in 2011, owing to their wide distribution in the environment, resistance to oxidation and harmful to people's health. In this project, we intend to develop a new method for the degradation of phthalate esters coupling with simultaneous hydrogen production. Firstly, the magnetically separable Fe3O4@SiO2@TiO2 bifunctional photocatalyst is prepared via chemical deposition and solvothermal methods, and four phthalate esters are selected as the typical organic pollutant target. The kinetic analysis of photocatalytic decomposition of phthalate esters and hydrogen production, and their coupling relationship are detailedly investigated and the decomposition mechanism of phthalate esters are explored. To improve the photocatalytic performance of pollutant degradation and H2 production, the low-cost cocatalysts such as Cu and Fe compounds are loaded on the surface of the photocatalyst by an impregnation method and the transfer-separation mechanism of photogenerated charges between the photocataylst and cocatalyst is proposed. The implementation of this project will provide new insight for the design and preparation of other new photocatalysts and cocatalysts.

酞酸酯（台湾"增塑剂风波"元凶）有机污染物具有环境分布广、生物危害大、持久且难降解的特征，对其治理已迫在眉睫。本项目提出酞酸酯治理及资源化的新思路，即利用光催化技术使其降解的同时并制氢。首先以Fe3O4微球为载体通过化学沉积和溶剂热技术制备可磁分离的Fe3O4@SiO2@TiO2双功能光催化剂；然后以四种典型酞酸酯为代表，研究其在双功能光催化剂及有氧、无氧条件下的光催化降解机理、降解动力学、制氢动力学以及降解和制氢两者的内在联系；最后通过溶液浸渍、原位反应等方法在光催化剂表面构建廉价Cu，Fe化合物助催化剂，研究不同助催化剂与酞酸酯光催化降解和制氢活性的关系，探索光生载流子在主催化剂和助催化剂之间的传输机制。项目的实施和完成能够丰富以有机污染物作为牺牲剂的光催化制氢体系，并为光催化剂和助剂的设计以及揭示持久难降解有机物光催化降解与制氢的内在联系提供一定的技术指导和理论支持。

利用光催化降解有机污染物的同时制备清洁能源氢气是污染物治理及资源化的一条新思路。筛选性能优异的光催化剂，构建催化剂微观结构与目标污染物降解及协同制氢性能之间的关系是其研究的一个重要方向。基于此，本项目研究进行了如下工作。主要包括：（i）合成了系列高效功能化光催化剂。例如通过溶胶凝胶法、溶剂热还原和惰性气体保护高温煅烧还原法制备了具有磁功能可回收的Fe3O4@void@ TiO2和Fe3O4@C@ TiO2纳米光催化剂；利用浸渍法和光还原法制备了系列Fe(III)、Cu(II)、Ag、F-及石墨烯助催化剂修饰的TiO2及掺杂TiO2光催化剂；以及合成如Ag3PO4、A g2WO4、AgBr、AgCl等其它新型银基光催化剂。（ii）揭示了催化剂微观结构与催化性质之间的关系。例如研究了所制备光催化材料对有机污染物如甲基橙、苯酚、典型塑化剂酞酸酯等的光催化降解及制氢性能；探讨了降解动力学、制氢动力学、降解和制氢两者的内在联系以及其光催化活性增强机理。研究结果表明光催化剂中光生电子和空穴的有效转移及在界面的快速反应是光催化活性增强的重要决定因素。合适助催化剂的选择在光催化剂体系中不仅起到了高效转移光生电子和空穴的作用，而且在其表面扮演了活性位点的作用帮助提高了目标反应的进行，最终导致了体系中光催化活性的增强。此外磁功能的引入一方面可以提高光催化剂的循环利用，另一方面可以实现催化剂失活重生，从而增加了其实际应用的能力。本项目的研究为光催化剂的设计及主，助催化剂界面之间光生载流子转移机制的研究提供一定的技术指导和理论支持，同时也能为以有机污染物作为牺牲剂的光催化制氢研究体系提供一定的借鉴作用。该项目在执行过程中共发表SCI 收录的研究论文14 篇，其中有9篇论文发表在影响因子（2015年公布的影响因子）大于3的国际期刊上，包括Appl. Catal. B (3 篇), ACS Appl. Mater. Interfaces (1 篇), J. Phys. Chem. C (1 篇), Nanotechnology (1 篇), J. Mol. Catal. A (2 篇), Colloid Interface Sci. (1 篇)。