三维开放微纳结构卤氧化铋（BiOX）/电纺碳纳米纤维（CNFs）异质结材料的构筑及其可见光催化性能研究

The design and synthesis of visible light photocatalytic materials with high efficiency is of great significance to promote the photocatalytic technology practicality. The project intends to construct bismuth oxyhalide (BiOX)/electrospun carbon nanofibers (CNFs) heterostructures based on the electrospun carbon nanofibers (CNFs) as supports through soft chemical method. Especially, the good charge transport properties of CNFs is benefit to improving the photogenerated electron-hole pair separation efficiency and photocatalytic efficiency. And,the CNFs with unique nanofibers network structure could improve its performance of separation and reuse. In this project, the chemical composition, morphology and microscopic structure of the BiOX/CNFs heterostructure will be investigated by adjusting the chemical reaction conditions, expecting to obtain BiOX/CNFs heterostructure with 3D open hierarchical micro-nano structure. And, by exploring the interface interaction of BiOX and CNFs of the BiOX/CNFs heterostructure and transfer processing of photoinduced carriers, the mechanism of heterostructure synergistic system will be revealed. As a result, a kind of new materials with high visible photocatalytic activity and good performance of separation and reuse might be obtained. The research of this subject is expected to open a new route and give an experimental foundation to designing new photocatalytic materials and promoting the photocatalytic technology practicality.

设计和合成高效可见光催化材料对光催化技术走向实用化具有重要意义。本项目拟采用软化学方法、以电纺碳纳米纤维（CNFs）为基体，构筑卤氧化铋（BiOX）/电纺碳纳米纤维（CNFs）异质结材料，利用CNFs良好的电荷输运性能，提高其光生电子-空穴对的分离效率和光催化效率，利用CNFs独特的纤维网毡结构，提高其可分离和重复使用性能。研究化学反应条件对BiOX/CNFs异质结材料的化学组成、形貌、微观结构的影响，获得具有三维开放微纳结构特征的异质结材料；研究BiOX/CNFs异质结材料的光催化机理，研究BiOX/CNFs异质界面之间的相互作用和光生电荷的传输过程，揭示异质结材料体系的光催化协同作用机制，获得同时具有高活性和良好使用性能的可见光催化材料。本课题的研究将为设计合成新型光催化材料及探索光催化技术走向实用化提供新的思路和奠定实验基础。

本项目通过溶剂热合成、连续离子层吸附反应等软化学方法，以电纺碳纳米纤维（CNFs）为基体，构筑了多种BiOX（X=Cl, Br, I）/CNFs异质结纳米纤维材料，系统地研究了降解罗丹明B（RhB）、甲基橙（MO）、4-硝基酚（4-NP）等有机污染物的光催化活性和使用性能。研究发现，BiOX/CNFs异质结的形成促进了光生电子-空穴对的有效分离和转移，显著提高了BiOX材料的光催化活性；随着卤素（X）原子序数的增大，由于能带结构的变化，使得BiOBr/CNFs比BiOCl/CNFs表现出更高的紫外光催化活性，BiOI/CNFs具有更优异的可见光催化活性；BiOX/CNFs异质结纳米纤维材料体系具有的高比表面、三维开放等特性提高了光催化活性，其宏观纤维网毡结构也使其具有良好的可分离和重复使用性能。.以电纺TiO2纳米纤维为基体，设计制备了系列p-BiOX（X=Cl, Br, I）/n-TiO2异质结纳米纤维光催化材料。研究发现，p-n异质结材料体系中，内建电场的存在促进了光生电子-空穴对的有效分离，与纯BiOX纳米结构和TiO2纳米纤维相比，p-BiOX/n-TiO2表现出更高的光催化活性；p-BiOX/n-TiO2异质结纳米纤维的三维网毡结构也使其具有良好的可分离和重复使用性能。.以电纺聚丙烯腈（PAN）纳米纤维为载体，制备了具有柔性和高比表面积特性的BiOX/PAN高分子基复合纳米纤维光催化材料。研究发现，通过调控软化学反应条件，可以使具有纳米片层结构的BiOX均匀地生长在柔性PAN纳米纤维上，实现了光催化材料的纳米固载化；BiOX/PAN复合纳米纤维材料具有的柔性和自支撑三维网毡结构也使其在使用过程中无需从反应体系中分离而直接重复使用。.上述研究成果，为开发兼具高活性和良好使用性能的纳米光催化材料提供了一条有效途径，对探索光催化技术走向实用化具有重要指导意义。.本项目在包括Nanoscale、Acs Applied Materials & Interfaces、 CrystEngComm等刊物上发表相关论文26篇，SCI他引338次。2篇论文被列为“ESI高被引用论文”。相关研究成果，获得2014度教育部高等学校科学研究优秀成果奖（自然科学奖）二等奖（本项目负责人为第一完成人）。