g-C3N4/纳米微孔石墨烯基多层异质结的“自下而上”法构筑、结构调控及其对环境激素类水污染物光电催化降解研究

Degradation of environmental hormones (EH) is one of the main contents to solve the water pollution problems. Study based on the characteristic of nonporous graphene foams (NGFs) that high defect density, bi-continuous void ratio, adjustable aperture size, high electronic mobility, and so on, the study intends to prepare the NGFs using the method like hydrothermal production process that the aperture size can be controlled. Using the characteristic of NGFs that the sp2 hybridization carbon has abundant electron P easy to interact with the π bond of graphitic carbon nitridet(g-C3N4) generate the p-π interactions. And make use of the “bottom-up” self-assembly method to firmly loading g-C3N4 on the surface of NGFs, and then loading the transition metal dichaleogenides(TMDs) on the surface of the g-C3N4/NGFs, and obtain the multilayer heterojunction composite based on g-C3N4/NGFs. This study demonstrates a correlation between composite material`s particle size, shape, appearance, surface structure, crystal imperfection and catalytic performance, as well as correlation with dynamics of catalytic reaction systematically. Preparation of heterojunction to improve effective light capture, increase the transmission path of electrons, shorten the time and distance of charge transmission, increase the separation efficiency of electron-hole, improving the kinetic properties of catalytic reaction, and then improving the photodegradation efficiency of EH pollutants which containing the hydroxyl functional group and increase the utilization of visible light. And apply the composite material to the fundamental research of EH’ photoelectrocatalysis degradation removes in water.

环境激素类污染物（EH）的降解消除是解决水污染问题的主要内容之一。项目基于纳米微孔石墨烯（NGFs）高缺陷密度、双连续孔隙度、可调孔径尺寸等特点，采用水热模板法制备孔径尺寸可控的NGFs。利用石墨烯sp2杂化碳的丰富p电子与石墨相氮化碳（g-C3N4）六元氮杂环上的大π键之间的p-π作用，通过“自下而上”的自组装法将g-C3N4负载于NGFs表面，然后再将与g-C3N4带隙匹配的过渡金属硫簇化合物组装于其表面，构筑具有半导体带隙可调控的g-C3N4/NGFs基多层异质结。探寻复合材料的粒径、形貌、表面结构、晶体缺陷等与其催化性能和反应动力学的关联性。通过异质结的构筑提高有效的光俘获、增加电子的传输路径、缩短电荷传输时间和距离、提高电子-空穴分离效率和改善催化反应动力学，进而提高异质结复合物的光电催化降解含羟基EH效率和可见光利用率。将该复合材料用于水体中EH的光电催化降解消除基础研究。

十九大报告在“加快生态文明建设体制改革，建设美丽中国”中对生态文明建设提出了明确的要求和方向即要着力解决突出的环境问题，加快水污染防治。为实现此目标，水环境中污染物的监测预警和已有污染物的消除成就显得尤为重要。本项目主要研究内容是材料的设计、制备和功能化、其光电催化性能和电催化性能研究，以及电化学传感器的构建和应用等。(1)解决以g-C3N4/NGFs 复合物为基础的光电催化材料合成方法学问题、形貌及负载控制、反应动力学控制、光电催化功能化及活性位控制等关键科学问题。(2) 深入研究纳米材料形成机理，开拓和发展基于g-C3N4/NGFs 异质结材料的制备技术，并将此类纳米复合物用于典型的含羟基EH 污染物的光电催化降解体系构建。(3) 针对水体中低浓度含羟基EH 污染物，设计基于g-C3N4/NGFs 复合材料的高度有序和分散的半导体纳米结构薄膜，提高对含羟基EH 污染物的光电催化性能等。.本项目以纳米微孔石墨烯、基于蚕丝的新型碳纳米片、MOFs等材料为基础，采用水热模板等方法，通过“自下而上”自组装法构筑具有半导体带隙可调控的g-C3N4/NGFs基多层异质结。通过探寻复合材料的粒径、形貌、表面结构、晶体缺陷等与其催化性能和反应动力学的关联性，并构筑异质结以实现有效的光俘获、拓宽电子的传输路径、缩短电荷传输时间和距离、提高电子-空穴分离效率，进而提高异质结复合物的光电催化降解含羟基EH效率和可见光利用率。项目为水体中环境激素类污染物（EH）的降解消除提供可能的光电催化降解材料以及可用于污水中污染物快速检测的电化学传感材料，为高效降解消除或快速检测提供新的思路。本项目较高质量地完成了项目的预期目标任务，项目研究发表了较高水平的论文13篇，其中二区以上3篇。获得授权发明专利1项。培养硕士研究生3名，培养青年教师1名。