表面等离子体效应光吸收增强异质结可见光光催化材料研究

光催化材料在解决能源和环境问题方面有重要的应用前景。制约光催化材料广泛应用的关键是传统的光催化材料光谱响应窄和量子效率低。扩展光催化材料的可见光响应，提高太阳光的利用率和有效分离光生载流子提高光催化量子效率成为研究的热点。本课题在前期研究的基础上，拟利用贵金属纳米颗粒的表面等离子效应增强材料的可见光光吸收和新型半导体异质结促进光生载流子的分离、降低电子空穴复合的特性，探索新型复合可见光响应光催化材料；研究贵金属及其合金纳米材料表面等离子效应；根据半导体能带工程原理，设计和制备异质结结构，研究其界面结构、能带结构对光生载流子分离的影响规律；探索等离子体异质结复合光催化材料的制备技术和表征方法，研究材料微观结构、电子结构对复合光催化的光吸收特性、载流子输运及其复合、分离的影响规律；探索出2－3种具有高可见光吸收率和高量子效率的表面等离子异质结光催化材料，并对其性能和潜在应用价值进行评估。

光催化材料在解决能源和环境问题方面有重要的应用前景。制约光催化材料广泛应用的关键是传统的光催化材料光谱响应窄和量子效率低。扩展光催化材料的可见光响应，提高太阳光的利用率和有效分离光生载流子提高光催化量子效率成为研究的热点。通过本项目，本课题组系统研究了表面等离子体效应光吸收增强异质结可见光光催化材料，重点研究表面等离子体光催化、复合氧化物光催化、活性面与晶体微结构调控和新型光催化材料、光催化材料的电子结构和光催化性能的理论研究等方面并取得了突破性进展。在本项目中我们主要开展了一下几部分工作：1) 系统研究了AgX材料体系, 制备了具有不同形貌的Ag@AgCl、Ag@Ag(Br,I), Ag@AgCl-AgI, Ag/AgBr/BiOBr,凹面AgCl, 3D AgCl, Ag2O等表面等离子体光催化材料；结合理论计算对其生长反应动力学以及光催化反应机理进行了深入研究； 2) 深入研究TiO2材料体系，制备了不同暴露晶面比例的TiO2分等级微球，活性面TiO2微管，TiO2空心盒子, 研究了不同材料各晶面同光催化性能之间的关系，提出了晶面间电荷转移的机理; 通过氢化分等级TiO2纳米管微球、锌辅助自掺杂晶形可控TiO2，拓展了可见光吸收范围，大大提高了光催化活性，并结合理论计算对其机理进行了深入的研究。 3) 铋系材料，制备了BiOBr空心、BiOCl1-xBrx固溶体、多晶型的Bi2O3纳米光催化材料、Bi2S3/BiOCl复合材料等具有自主产权的新型可见光光催化材; 4）探索和制备了新型光催化材料Bi2TiO4F2、片状及花状分等级Bi2O2CO3纳米材料、Zn-rich (GaN)1-x(ZnO)x固溶体，通过制备氧空位自掺杂ZnO实现了对其能带结构的调控，利用反向晶体生长制备α-Fe2O3空心多面。 5) 理论研究方面，研究了Ag在SrTiO3 (001)面的吸附机理、N掺杂SrTiO3体系中元素共掺的协同效应对光转换效率的影响、铋酸系列化和物及B掺杂TiO2的电子结构。目前在读博士后4名，博士生5名，硕士生4名，已经培养硕士生2名，博士生6名。发表论文107篇，其中影响因子大于5的25篇，大于3的62篇。申请专利14项，已授权专利15项。其中，本项目资助发表的SCI论文有4篇入选ESI高被引用论文。