离子束石墨烯-半导体氧化物复合光催化材料的可控制备及性能研究

The high rate of electron-hole pair recombination limits the efficiency of photocatalytic activity. Graphene based composition materials can transfer and separation of photogenerated electrons and holes. Metal Vapor Vacuum Arc (MEVVA) source ion implantation provides a new synthesis route for graphene synthesis. For MEVVA source ion implantation has been widely applied in industrial application, this synthesis method can be generalized to industrial production. By optimizing growth procedure and performing experimental study in detail, it is expected that growth mechanism, dominent physical parameters for growth of special structural configuration of the composition material and physical mechanism governing its photocatalystic performance could be well understood and revealed. The study will greatly improve photocatalystic performance of the graphene/ semiconductor oxides composition material and provide a new method for making environment-friendly photocatalystic material.

研究并抑制光生载流子的复合是提高光催化效率的关键课题之一。本项目提出MEVVA源注入碳离子法制备并研究具有可控结构和形貌的石墨烯-半导体氧化物复合材料。探讨离子束注入碳原子从非晶碳到石墨烯的转变机制，明晰转变机制有助于科学合理的制定工艺方案，实现石墨烯的分布密度、尺寸和层数的可控制备。结合理论计算准确描述非晶碳的石墨烯转变过程的定量或半定量表达。在此基础上，研究石墨烯结构与半导体负载方式，半导体氧化物种类，电子给体等与石墨烯/半导体氧化物异质结构光催化性能的关系，构建高效、稳定的石墨烯基半导体光催化体系。最终实现石墨烯/半导体氧化物复合材料光催化体系效能的调控、优化及其催化机理研究。

研究并抑制光生载流子的复合是提高光催化效率的关键课题之一。项目基于离子注入及可控合成制备了可见光范围内的响应TiO2基复合薄膜，加深了我们对离子与固体相互作用的理解，并证明了离子束技术是制备并调控表面纳米结构的一种有效手段，对纳米材料制备领域具有重要意义，有望将该技术应用拓展到其他重要材料体系，期待获得理想成效。半导体复合光催化剂具有较优异的光催化性能相对于单一半导体而言，比如更多的吸收和利用太阳光，减少光生电子和空穴的复合。尤其是，p型半导体和n型半导体的耦合形成的p-n异质结能大大的增强复合结构的光催化效率通过将光生电子快速的转移从而减少电子-空穴的复合。成功地制备出α-Fe2O3/C/Bi2O3和α-Fe2O3/SiO2/Bi2O3复合结构，Au和Ag纳米颗粒修饰SnO2 空心纳米颗粒的复合结构，α-Fe2O3@TiO2与α-Fe2O3@Ag/AgCl复合结构。为实际的环境治理应用提供更进一步的理论基础。