具有高效宽谱的纳米光催化剂的微结构与性能调控机理

本项目拟从一个全新的思路，以改性的半导体氧化物BiVO4/TiO2和具有多重激子产生效应的纳米材料InP等为基础，研制出高量子转换效率、宽光谱响应（紫外及可见光）和多功能的新型纳米结构光催化剂。通过现代量子力学理论计算并结合实验调整，调变其能带结构和费米能级的位置，构造晶格失配小、界面缺陷少和界面清晰的高质量纳米晶异质结；明确新型纳米结构光催化剂的界面电子结构、结构活性基元与光催化反应性能的相互关系；阐明纳米异质结构及多重激子产生效应对光生电子-空穴的分离效率、界面电荷的转移速率和太阳光利用率的调控作用，抑制体系中光生载流子(电子，空穴)的复合几率，进一步有效提高新型纳米结构光催化剂对难降解有毒有机污染物的量子效率和太阳能利用率。本研究对深化半导体光催化的作用机理，认识控制多相光催化过程的量子效率的关键因素，指导设计新型高效宽光谱响应的光催化剂体系都具有重要的科学意义。

本项目制备出宽光谱响应（紫外及可见光）的Ag3VO3/TiO2,BiVO4/TiO2等新型纳米结构光催化剂，以及光子晶体β-Ga2O3、CdSnO3•3H2O、量子点异质结光催化材料n-In2O3/p-CuO和中空核壳异质结ZnO/ZnS等系列高效光催化剂。结果表明，具有宽禁带的CdSnO3•3H2O、光子晶体β-Ga2O3等高效光催化剂在254 nm紫外光照下，对污染物甲基橙、罗丹明B和苯有很好的降解性能，均表现出了优于P25的光催化活性和活性稳定性。量子点异质结光催化材料n-In2O3/p-CuO、Bi/TiO2和有机无机复合材料—聚苯胺/二氧化钛 (PANI)/TiO2等系列可见光催化剂在可见光下对污染物甲基橙、罗丹明B和苯有很好的降解性能。在320～800nm光照下，具有宽光谱响应（紫外及可见光）的Ag3VO3/TiO2,BiVO4/TiO2等复合体系催化剂在室温下对苯等表现出很好的光催化活性。研究计划揭示了有机污染物在该体系上的反应机理,它有助于设计新型高效宽光谱响应的光催化剂体系。