nano-M2O3/3DOM La0.6Sr0.4Fe1-xBixO3(M = Cr, Fe, Bi)：光-热协同催化消除VOC的高效催化剂研制

挥发性有机物(VOC)造成环境污染。光催化和热催化法能有效消除VOC，其效果取决于所用催化剂。金属氧化物纳米粒子和钙钛矿型氧化物(ABO3)对有机物氧化反应显示良好催化活性。孔结构、比表面积、氧化还原性和吸光性能是影响催化活性的主要因素。传统方法难以获得高比表面积的多孔ABO3。借助软、硬模板可制得高比表面积的三维有序大孔(3DOM) ABO3。本课题拟将光催化与热催化有机结合，实现光-热协同催化消除VOC(如甲醛和甲苯等),拟采用模板法制备兼具优良光响应能力、高比表面积和3DOM结构的nano-M2O3/3DOM_La0.6Sr0.4Fe1-xBixO3(M =Cr, Fe, Bi)新型催化剂，表征其物化性质，揭示光-热协同催化反应机制及构效关系，构建光-热协同催化反应动力学模型。该研究课题可为新型高效光-热双功能催化材料设计提供指南，而新型高效催化剂应用于VOC消除可改善大气环境质量。

围绕着催化消除有机污染物高效催化剂的研发，我们取得了以下结果：.（1）采用水（溶剂）热法，制备了特定形貌和多孔钒酸铋基材料。前驱液的pH值和表面活性剂对产物粒子形貌、孔结构和晶相结构有重要影响。多孔橄榄球状、球状或八角状单斜相BiVO4具有高的比表面积和表面氧空位密度、低的带隙能、多孔结构和独特的粒子形貌，对可见光降解苯酚和亚甲基蓝溶液表现较高光催化活性。掺杂少量S或担载适量过渡金属氧化物纳米粒子，使CoOx/BiVO4-δS0.08和FeOx/BiVO4-δS0.08对亚甲基蓝或甲醛降解显示较好光催化活性。.（2）采用金属络合剂辅助的聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）胶晶模板法制备了三维有序大孔（3DOM） BiVO4和InVO4光催化剂。与相应的体相材料相比，3DOM BiVO4和3DOM InVO4对苯酚和亚甲基蓝溶液降解表现更好的可见光催化性能。在3DOM InVO4上担载适量CrOx后可进一步改善其光催化性能。15 wt% CrOx/3DOM InVO4具有较高的表面氧空位密度、较低的带隙能、适量的CrOx以及独特的双模孔结构，在可见光照射200分钟后对罗丹明B的降解效率可达99 %。.（3）采用柠檬酸辅助的PMMA胶晶模板法，制备了3DOM结构的钙钛矿型氧化物（3DOM ABO3）催化剂。表面活性剂和溶剂性质、前驱体热处理是影响3DOM ABO3的孔结构、比表面积和表面元素组成的重要因素。A位或B位取代影响3DOM ABO3的催化氧化性能。在空速为20000 mL/(g h)的条件下，甲苯在3DOM La0.6Sr0.4Fe0.8Bi0.2O3上氧化时的T50%和T90%分别为220 oC和242 oC。过渡金属氧化物纳米粒子和3DOM ABO3中变价离子之间存在协同作用使nano-CoOx/3DOM Eu0.6Sr0.4FeO3对VOC氧化反应显示较高催化活性。.（4）建立了一种基于光-热耦合催化的固定床反应器以及以BiVO4为催化剂的光-热耦合催化氧化消除气态甲苯的方法。在甲苯/氧气摩尔比为1/400，空速为20000 mL/(g h)的条件下，BiVO4在35 ~ 200 oC对甲苯氧化反应几乎无催化活性，但是当在可见光照射下且温度分别为35 oC、100 oC和200 oC时，甲苯转化率分别达到30%、36%和47%。