可控生长高效太阳光还原CO2三元CuO/Au/TiO2异质结阵列

针对太阳光还原CO2前沿领域中没有解决的科学技术问题，从急需提高太阳光还原CO2性能的关键出发，创新设计稳定便捷高效太阳光还原CO2三元CuO/Au/TiO2异质结阵列光催化剂。利用可控生长法制备三元异质结阵列；利用CuO提高可见光响应特性；利用各组员间的定向排列及协同作用抑制CO2光还原负反应产生提高太阳能转换效率及抑制CuO的光蚀现象；利用阵列结构解决光催化剂回收和再生使用难题。揭示不同制备条件对光催化剂的结构单元成分尺寸及分布、可见光的响应范围和太阳光还原CO2反应活性的影响，及其相互关系和内在影响；从理论上初步揭示光还原CO2反应机理。为有效地利用太阳光，实现具有重大经济价值与社会意义的光催化新技术提供理论基础，为TiO2太阳光还原CO2的突破提供新的方向。研究在国内外十分活跃的纳米材料与光催化前沿领域具有重大科学价值；对解决燃料资源日益匮乏和温室效应难题有非常重要的作用。

现今环境问题日益突出，世界各国人民对环境也越来越的重视，故而半导体光催化去除水中污染物应用受到越来越多的关注，其中纳米结构半导体材料太阳光催化由于具有超高比表面积及可见光-紫外响应等特西，最受各国科学家的青睐。因此，通过设计新型纳米结构半导体材料实现高效太阳光催化去除水中污染物，仍是一项很有前景的课题。本项目以新型纳米结构半导体材料的制备及其高效太阳光催化去除水中污染物性能为基本目标，通过设计简单、普适的液相合成方法，制备出不同种类的纳米结构材料，探索纳米结构的制备过程与结构形态之间的联系，并研究产物的物理性质及其量子尺寸效应。本项目成功制备了数种新型纳米结构半导体材料，并对其光催化性能进行研究，主要包括以下四方面内容：1）利用原位合成法成功制备了CdS/Au/TiO2三元纳米结阵列光催化剂，系统研究了制备条件对材料结构的影响，结果表明该体系具有优异的太阳光催化性能，其中CdS/Au/TiO2三元结对提高了光能利用率起来重要作用；利用简易不加表面活性剂的沉淀法大规模制备厚约5nm超薄TiO2纳米片，系统研究了制备条件对样品结构的影响。2）利用水热法合成纳米棒状SrAl2O4:Eu2+,Dy3+，经由溶胶-凝胶法成功制得CdS/SrAl2O4:Eu2+,Dy3+纳米复合材料，在可见光、紫外光照下，复合体系均表现出优于CdS的光催化性能；我们认为：通过发光粉空穴迁移和对发光粉发光的再利用，CdS的光能利用率在复合了SrAl2O4:Eu2+,Dy3+之后有了明显提高，因此光催化活性得到增强。3）新型Cu-In-S纳米结构光催化剂的制备：利用尖晶石结构In3xS4为前驱，在不同条件下实现了不同相结构Cu-In-S化合物纳米晶的选择合成，该结构性模板法可广泛适用于一系列尖晶石结构多元硫化物纳米晶的制备；设计的溶剂热分离体系在无机纳米结构的控制合成中起到了关键的动力学作用，利用该体系成功控制合成了纤锌矿结构CuInS2空心球。4）利用碳水化合物（葡萄糖、蔗糖和可溶性淀粉等），生物质材料为原料，浓硫酸为炭化剂，通过控制动力学因素，成功大规模制备厚约1nm，大小可至几十微米的氧化石墨烯。此项目对探索纳米材料的制备及光催化性能研究具有重要意义，为纳米材料科学的发展提供了实验依据。