基于非晶合金的复合金属氧化物制备与光催化性能

Amorphous alloys have been expected to play an important role in advanced materials processing and catalytic property, due to their metastable nature and compositional homogeneity. This project is to explore a novel method of applicable photocatalyst by combustion of melt-spun rapid solidified Cu-based amorphous ribbons with different compositions. The combustion behaviors and formation pattern of copper oxides/composite metal oxides are found out by synthetical regulations of amorphous alloy composition and combustion conditions. Through combining these regulations with oxidation rate of amorphous alloys and short time ball-milling conditions of the combusted products, the geometric and composite microstructure of the composite metal oxides can be regulated effectively. With regard to wet chemical method, the proposed strategy has great advantages in production efficiency. The project investigates the photocatalytic properties and reveals the relationships between the microstructures of composite metal oxides and photocatalysis, and obtains eventually the high catalytic rate, good stability high-performance photocatalytic materials. Also, the catalytic behaviors including conditions and rates are studied via degradation of organic dye. Launching this project not only extends the application of amorphous alloy and contributes to the development of novel photocatalysts, and also solves potentially the deteriorating environmental pollution by these high-performance photocatalytic materials.. The implementation of this project is of important academic significance, novelty and necessity.

非晶合金的亚稳态特性和高度成分均匀性在先进材料制备及催化特性上有着重要作用。本项目用旋淬快速凝固方法制备不同成分铜基非晶合金条带，对其进行燃烧氧化，通过非晶合金成分与燃烧氧化条件的综合调控，揭示其燃烧氧化行为以及氧化铜及复合氧化物等产物的形成规律，并集成改变燃烧氧化速度和短时球磨条件，实现复合金属氧化物几何结构和复合结构的控制，形成制备效率远高于湿法化学的微细光催化材料新方法。深入研究复合金属氧化物的光催化特性，揭示金属氧化物及结构与光催化性能的关系，及其降解有机物的催化条件、催化速率等行为，获得催化速率快、稳定性好的高性能光催化材料。通过本项目的实施，不仅可拓展非晶合金的应用前景，推动新型光催化材料的发展，还可由于该类材料有效降解有机污染物的催化特性，解决日趋严重的环境污染问题，具有重要的学术意义以及突出的新颖性和必要性。

非晶合金的亚稳态特性和高度成分均匀性在先进材料制备及催化特性上有着重要作用。本项目用旋淬快凝方法制备不同成分非晶合金条带，对其进行燃烧氧化或腐蚀氧化，并通过对非晶合金成分与燃烧氧化/腐蚀氧化条件的综合调控，实现复合金属氧化物结构的控制，形成了制备催化材料新方法；揭示了复合金属氧化物及结构与催化性能的关系，探明了降解有机物的催化条件、催化速率等行为。取得的主要成果包括：（1）Cu基非晶合金的燃烧氧化行为与金属氧化物的复合。揭示了Cu基非晶合金的燃烧氧化动力学行为，探明了合金成分和燃烧氧化条件对产物形成的影响规律，高效地制备出复合金属氧化物光催化材料。（2）复合金属氧化物异质结的构建与光催化性能。掌握了金属氧化物的形成与复合规律，使金属氧化物的类型、形态和尺度得到有效调控，成功将不同带隙的金属氧化物实现复合，构建了满足高光催化性能要求的异质结。（3）纳米多孔铜的结构调控及对光催化性能的影响。从选择性腐蚀产物角度，成功制备出不同结构的纳米多孔铜，建立了多孔结构与光催化性能间的关系，实现了光催化作用下高效率降解染料的效能。（4）复合金属氧化物的光催化性能。获得了光催化条件下，复合金属氧化物降解亚甲基蓝、亚甲基橙、罗丹明B 、四环素等有机污染物的特性，降解效率高且稳定性好，揭示了其相关的降解机理。（5）复合金属氧化物的构形调控与催化活性。形成了金属氧化物/非晶复合结构和多元金属氧化物的制备方法，获得了优异的电催化析氧性能，对复合金属氧化物的催化活性有了更全面的认识。通过本项目的实施，不仅可拓展非晶合金的应用前景，推动新型光催化材料的发展，还因该类材料有效降解有机污染物的催化特性，可望解决日趋严重的环境污染问题。