MxFe3−xO4/BixOyClz@导电聚合物“双促进”分离体系的构建及其光催化降解POPs研究

In order to remove the persistent organic pollutants (POPs) in water efficiently, the photocatalytic materials with sunlight drive and utilization have been designed by using ultra-thin 2D bismuth-rich BixOyClz with strong mineralization ability and high carrier separation efficiency. In this project, MxFe3−xO4 (M=Mn、Co、Ni、Cu)/BixOyClz will be in-situ synthesized, and the rule of the loaded MxFe3−xO4 nanoparticles in improving the photo-generated electron catalytic will be investigated. Then the ternary core-shell composite materials of MxFe3-xO4/BixOyClz@π-π conjugation conducting polymer will be prepared by in-situ polymerization. The function of conducting polymer for photo-generated holes transfer will be researched. The photo-generated electron-hole “double – promoted” separation system will be established through microstructure regulation. The performance of the ternary composites in the degradation of POPs (such as organo-chlorine pesticides) and their mineralization path will be explored. The influence of the type and thickness of the conductive polymer on the stability of composite materials will be analyzed. The research will provide basic for the design of novel high efficient photocatalyst and has positive significance for dealing with POPs in water.

本项目以水体中持久性有机污染物(POPs)的高效去除为目标，利用超薄二维富铋BixOyClz的强矿化能力和高电子空穴分离效率，构建高效太阳光驱动的光催化材料体系。原位组装 MxFe3−xO4 (M=Mn、Co、Ni、Cu)/BixOyClz二元材料，研究MxFe3−xO4纳米粒负载对提高超薄二维BixOyClz光生电子催化活化氧性能的作用规律；原位聚合制备MxFe3−xO4/BixOyClz@π-π共轭导电聚合物三元核壳复合材料，研究导电聚合物对光生空穴的转移机制；通过微观结构调控，构建光生电子-空穴“双促进”分离体系，深入探究三元复合材料降解有机氯农药等POPs的性能及其矿化路径；揭示电荷传输和界面迁移与催化剂结构组成之间的关系，分析导电聚合物种类及包裹厚度对复合材料稳定性的影响规律。本研究将为新型高效光催化剂的设计与制备提供基础，对水体中持久性有机污染物的高效处理具有积极意义。

光催化剂的吸光能力和电子空穴分离能力对其光催化性能有着重要的影响。此外，催化剂的稳定性能和回收性能对催化剂的实际应用也是关键因素。本课题对磁性材料提升卤化氧铋催化剂的光催化性能及分离能力开展研究，对导电聚合物修饰卤化氧铋提升电子空穴分离性能开展研究。本项目围绕设计开发低成本、宽光谱响应、高效电子空穴分离效率、可磁性分离等特点的催化剂，探索并制备了不同系列的催化剂。.选取CoFe2O4和NiFe2O4对BiOBr进行改性得到CoxFeyO4–BiOBr，NixFeyO4–BiOBr磁性复合材料，使用导电聚合物PANI，PTh对不同的卤化氧铋材料改性得到 PANI/Bi12O17Cl2, PANI/Bi4O5Br2, PTh-BiOBr, PTh/Bi4O5I2复合光催化剂。以双酚A(BPA)， 环丙沙星（CIP），四环素(TC)等为目标污染物考察了这些催化剂在可见光照射下的光催化活性。对其降解污染物的产物毒性进行分析，结果表明污染物对细菌的毒性显著下降。磁性材料的引入，能够活化催化剂表面生成的H2O2，实现原位芬顿反应，提升降解速度。导电聚合物的引入也实现了预期的目标，提升了电子空穴分离的效率，最终提升光催化降解能力。本项目研究表明磁性材料和导电聚合物对增强半导体光催化剂性能有一定的普适性，对磁性光催化复合材料应用于环境有机污染物的治理有较好的现实意义。为进一步研究磁性材料和导电聚合物的普适性，对本课题的研究内容进行了拓展。共发表SCI论文34篇，7篇IF>10，23 篇IF>5。