石墨烯-半导体化合物复合型光催化剂制备及其催化性能研究

设计合成石墨烯-半导体化合物功能复合型光催化剂，是光催化学科发展的一个新的机遇，也是光催化材料科学一个新的生长点。然而，到目前为止，对石墨烯-半导体化合物复合型材料的系统优化制备、光催化作用本质和基本规律的认识还很缺乏。本项目亟待从材料结构、反应机理和光催化性能之间的关联及其调控规律等基本科学问题着手，开展系统深入的基础研究，建立从分子水平上设计新型高效石墨烯-半导体化合物复合型光催化材料的制备理论和方法，揭示该类复合型光催化材料的微观结构和光催化性能之间的关联及其内在调变规律，阐明其光催化作用本质和反应机理，进而提高光催化过程效率，建立基于分子水平上的光催化理论模型。本研究对于丰富石墨烯复合材料科学和半导体光催化的理论，探索并促进石墨烯-半导体化合物复合型光催化材料在环境(降解污染物)、能源化工（选择性有机合成、光解水制氢）领域的应用具有重要的理论和实际意义。

石墨烯自2004年报道以来，因其独特的电子和结构性质在光催化领域引起了广泛的研究兴趣。然而，目前对石墨烯-半导体复合型光催化材料的系统优化制备及其光催化基本规律的认识还很缺乏。本项目针对以上研究背景，拟设计合成高效的石墨烯-半导体复合型光催化材料，对其进行表征分析和光催化性能测试，旨在揭示该类复合型光催化材料的微观结构和光催化性能之间的构效关系及其内在调变规律，为石墨烯基复合光催化剂的设计优化提供重要的理论指导。.本项目围绕如何最大程度地发挥石墨烯在复合材料体系中的导电特性，合理挖掘石墨烯的巨大潜力，以及深入探究如何使石墨烯和半导体界面处的电荷分离和转移效率达到最优化等关键问题展开。发展了一系列策略以更好地利用石墨烯的电子和结构特性，具体包括通过优化制备方法增强石墨烯与半导体之间的界面作用，采用界面通用调节介质的方法优化石墨烯-半导体复合材料的界面电荷转移路径，提高石墨烯的导电性，优化调控石墨烯的尺寸和形貌，设计合成多元石墨烯基复合材料等。此外，对还原氧化石墨烯作为大分子光敏剂的新作用进行了探索研究，并提出该方向研究的基本原则。.项目执行期间，已在Chemical Reviews，Chemical Society Reviews，ACS Nano，Advanced Functional Materials，Chemistry of Materials，Chemical Science，Journal of Catalysis，Nanoscale，Journal of Physical Chemistry C，Scientific Reports等国际学术期刊上发表SCI论文共计79篇，其中6篇论文入选Web of Science ESI数据库0.1%热点论文，32篇入选Web of Science ESI数据库高被引论文，2篇分别入选2013年度和2014年度“中国百篇最具影响国际学术论文”，18篇论文作为杂志封面论文发表，申请中国发明专利9项。项目负责人徐艺军教授作为主编编写丛书一部(Springer book “Heterogeneous Photocatalysis: From Fundamentals to Green Applications” [共11章])，并为该书撰写第8章。参加国内外重要学术会议5次，做大会报告1场，邀请报告1场，主题报告3场。