骨架内种植硫族化合物量子点多孔二氧化钛的制备、修饰及其在环境净化中的应用

本项目拟采用预先植入晶种结合离子交换法将硫族化合物量子点植入多孔TiO2骨架，制备骨架内窄带半导体敏化高效光催化剂，不仅可以将量子点均匀键合到TiO2体相内，增强量子点与TiO2的接触，提高光生电子从量子点转移到TiO2导带的能力，而且可以避免量子点脱落，极大地提高这类复合光催化材料的稳定性。以有毒有机物氧化分解为探针反应，考察可见光激发下量子点敏化多孔TiO2复合材料的催化氧化有机物的活性；通过调变载体TiO2的孔道类型（包括孔径大小和空间群）、量子点化学组成、浓度、尺寸等因素来增强此类材料的可见光催化氧化能力；结合先进的原位表征技术手段，探究可见光引入量子点与TiO2间电荷转移的过程，得出光催化氧化有机物的机理。最终设计出基于可见光引入骨架内种植量子点多孔TiO2的高效、稳定的新型光催化剂。

本项目成功利用各种非常规方法，包括溶剂挥发诱导自组装结合离子交换法、电沉积结合离子交换法和微波离子热技术等，开发了10个不同系列功能光催化剂，包括TiO2基光催化剂和非钛基光催化剂。其中TiO2基光催化剂主要包括：1）CdS/CdSe量子点修饰的介孔TiO2光催化剂； 2）CdS/CdSe量子点修饰TiO2纳米管阵列光催化剂；3）Au量子点修饰TiO2纳米管阵列光催化剂；4）Ti3+自修饰TiO2光催化剂；5）双模式碳修饰TiO2光催化剂；非TiO2基光催化剂主要包括: 1) Bi2TiO4F2系列光催化剂；2）C60/Bi2TiO4F2系列光催化剂；3） BiOBr系列光催化剂； 4）全天候La2NiO4光催化剂；5）多级球介孔结构TiN光催化剂。研究发现，以上各类材料均对有机污染物具有很好的降解活性，活性远高于商业化的P25（德国）光催化剂。且经长时间光照反应仍能保持很好的光催化活性。项目执行期间实际已发表论文11篇，其中在影响因子大于4.0的刊物7篇，大于6的刊物3篇，同时还有一篇英文综述文章，项目执行期间实际已经申请中国专利11项。在人才培养方面，通过本项目的实施3年中累计培养硕士研究生8名，其中三人赴海外攻读博士学位（分别于新加坡国立大学、日本大阪大学和日本国家物质结构研究所就读），一人于世界500强企业工作。