共轭聚合物/二氧化钛复合光催化材料结构对光催化活性和光生载流子传输机制的影响规律的研究

光催化材料在空气净化、污水纯化、环境治理方面发挥着重要作用，是人类社会发展中不可或缺的功能材料。共轭聚合物/二氧化钛复合光催化材料无论在紫外光还是在可见光辐照下都表现出比单一二氧化钛更优异的光催化性能，发展前景广阔。共轭聚合物的结构及共轭聚合物与二氧化钛的结合方式对材料的光催化性能起着至关重要的作用。本项目研究不同共轭结构和不同聚合物-二氧化钛结合方式的共轭聚合物/二氧化钛复合光催化材料的制备规律，研究共轭聚合物分子结构（包括主链结构、侧基结构）和共轭聚合物分子与二氧化钛的结合方式（包括范德华力结合、氢键结合和共价键结合）对共轭聚合物/二氧化钛复合光催化材料光催化活性的影响规律和对光生载流子传输机制的影响规律，以建立共轭聚合物/二氧化钛复合光催化材料光催化作用的理论基础，并揭示出何种聚合物结构和何种结合方式更有利于提高复合光催化材料光催化活性，发展光催化材料。

共轭聚合物/二氧化钛复合光催化材料无论在紫外光还是在可见光下都表现出比单一二氧化钛更优异的光催化性能，在空气净化、污水纯化、绿色能源等领域前景广阔。性能决定于结构，为建立共轭聚合物/二氧化钛复合光催化材料光催化作用的理论基础，并揭示出何种聚合物结构和何种聚合物-二氧化钛结合方式更有利于提高材料光催化性能，本项目主要研究了不同共轭结构和不同聚合物-二氧化钛结合方式的共轭聚合物/二氧化钛复合光催化材料的制备规律、共轭聚合物结构和共轭聚合物-二氧化钛结合方式对材料光催化性能及光催化作用机制的影响规律。自立项以来，围绕研究目标，有计划地开展研究，很好地完成了研究任务，取得重要研究成果：（1）揭示出不同共轭结构聚合物（噻吩类共轭聚合物、吡咯类共轭聚合物、聚乙烯醇基共轭聚合物、苝酰亚胺类共轭聚合物等）的制备科学规律和具有不同结合方式的共轭聚合物/二氧化钛复合光催化材料的制备科学规律；（2）揭示出不同结构共轭聚合物分子的光吸收行为和荧光行为、共轭聚合物结构和共轭聚合物-二氧化钛结合方式对材料光催化性能的影响规律；（3）提出界面强度驱动提升光催化性能的学术思想，发展出新型含羧基噻吩类共轭聚合物/二氧化钛复合光催化材料，这类材料结构稳定，经多次重复使用后仍表现出良好的光催化性能；（4）提出发展负载型共轭聚合物/二氧化钛复合光催化材料以解决粉状材料收集困难、不便循环使用的难题的新思路，发展出新型负载型吡咯类共轭聚合物/二氧化钛复合光催化材料和聚乙烯醇基共轭聚合物/二氧化钛复合光催化材料，这类材料收集容易，易于循环使用，并具有良好的结构稳定性和光催化活性；（5）提出通过增强共轭聚合物分子π-π堆积效应拓展材料光谱吸收范围、促进电荷和能量转移，以提升材料光催化性能的新途径，发展出新型苝酰亚胺类共轭聚合物/二氧化钛复合光催化材料，这类材料能在更宽光谱范围内促进模型污染物有效降解，值得发展。研究成果获国家发明专利1项，发表学术论文17篇，参加学术会议12人次，邀请报告4次；培养博士生5名，硕士生4名；基于本项目，获得2013年度国家自然科学基金委员会与法国国家科学研究中心合作交流基金资助，与法国南特大学Thien-Phap Nguyen教授课题组合作，开展“用于光催化剂的共轭聚合物/二氧化钛纳米粒子复合物的合成和研究”，合作成果突出，合作培养博士生1名，合作发表学术论文2篇。