负载型纳米硫化物/层状化合物异质结的制备及其光催化制氢的基础研究

本项目主要研究负载型纳米硫化物/层状化合物异质结的制备及其光催化制氢活性。采用反相微乳液法在层状化合物的表面装载纳米金属硫化物，利用异质结效应与层状纳米有序空间效应的协同，拓展可见光吸收范围并提高光生载流子的分离效率，以克服插层复合物的层状有序结构被破坏、可见光吸收效率低、插入量不易控制等问题。通过对制备条件的调整及复合材料的比例、尺寸、化学组成等进行精确控制，优化异质结上空间电荷层分布，实现不同能带在异质结上的最佳匹配，改善光生电子的迁移特性，以提升可见光下分解水制氢的活性。.本工作创新性在于①利用表面异质结与层状纳米有序空间的协同作用促进可见光催化活性，②建立纳米硫化物/层状化合物异质结上光生载流子分离、转移与捕获的机制。该项目的实施为从材料的组成、结构与光催化活性之间关系的角度设计新型可见光催化剂提供新的思路，对于太阳能的综合利用及绿色能源的开发具有重要的学术价值。

光催化是将太阳能转化为化学能的过程，具有低成本、无污染的优点，在分解水制氢、降解污染物等方面有广阔的应用前景，对于从根本上解决能源、环境等问题具有重要意义。光催化技术的核心是光催化剂，开发新型可见光响应的光催化剂是当前的迫切需要。本项目在国家自然科学基金(编号51172063)的资助下，在负载型纳米硫化物/层状化合物异质结型光催化复合材料的设计合成与催化性能的研究方面取得了一系列满意的成果。.本项目提出了异质结型层状化合物复合与提高可见光催化活性的设计与合成思路。采用反相微乳液法等软化学合成方法在层状化合物的表面装载纳米金属硫化物，利用异质结效应与层状纳米有序空间效应的协同，以克服插层复合物的层状有序结构被破坏、可见光吸收效率低、插入量不易控制等问题。扩展了可见光的响应范围，提高了光催化制氢及降解有机污染物的活性，提出了层状化合物的层状空间与纳米点的协同作用是提高光催化的机理，取得了满意的结果。.本项目将窄带隙的硫化物纳米点如CdS、PbS、Cu2S、ZnIn2S4、CdxZn1-xS、Ag@AgCl等修饰到层状化合物（K2La2Ti3O10、K2Ti4O9、K4Nb6O17、BiOBr、Bi2WO6等）表面，发展了多种具有高效可见光催化分解水制氢、降解有机污染物的光催化复合材料。通过窄带隙纳米点修饰，将可见光响应范围拓展至550 nm~800 nm，同时实现了不同能带在异质结上的匹配，提高了光生电荷的分离效率，将光催化分解水制氢以及降解有机污染物的活性最高可提高7倍左右，进一步提高了光催化技术的实际应用价值。.本项目发表论文16篇，其中一区2篇，二区6篇。授权国家发明专利2项，培养硕士研究生7名，完成了项目的预定目标。