基于π-π共轭作用的磷酸银核壳结构的可控制备及光催化机理研究

It is one of the important issue to study the solar photocatalytic degradation of organic pollutants in the frontier science field of the energy efficient utilization, new functional materials, environmental purification and sustainable development. In this proposal, we propose to study a new system of photocatalytic materials with core-shell structures and photocatalytic degradation of organic pollutants and fabricates a new system of two-dimensional π-π conjugated materials wrapped Ag3PO4 composites photocatalysts. With the presence of π-π conjugated materials and the synergism of π-π conjugated effect and the chemical bonding effect, the Ag3PO4 nanoparticles can be effectively protected and the transportation of photoinduced charges can be promoted. Besides, with the flexible two dimensional materials as shell materials and the unique surface contact of the core-shell structure, the photocatalysts can be directed assembled and wrapped softly and the transportation efficiency of charge carriers can be improved. Combining the experiments and theoretical calculation, this subject will reveal the nature of.chemical bond between the core and shell structures and the physical and chemical principles of charge transfer, and realize a highly enhancement for the visible light photocatalytic degradation of organic pollutants and stability. The implementation of the project will provide new ideas for solving the key problem of control the hard-to-degrade organic pollutants, and offer technical and theoretical basis for environmental protection and breakthrough of major scientific problems.

利用太阳光催化降解有机污染物的研究是能源高效利用、新型功能材料、环境净化与可持续发展等前沿科学领域的重要内容之一。本课题拟就具有核壳结构的光催化材料新体系及光催化降解有机污染物机理开展研究，构建二维π-π共轭材料包覆磷酸银的核壳型复合光催化材料体系，利用二维π-π共轭分子材料做壳层保护内核的磷酸银纳米颗粒，π-π共轭效应与核壳间化学键合作用相协同，促进光生电荷的转移，避免磷酸银催化剂的光照还原以及溶解流失；利用“柔性”二维材料做壳层材料，在微-介观尺度上对催化剂进行定向组装调控和柔性包覆，核壳结构特有的面接触，提高电荷的转移效率；采用实验及理论计算相结合，揭示核与壳层间的化学键合的本质作用与电荷转移的物理化学规律，最终实现可见光下催化降解有机污染物活性和稳定性的大幅提高。该项目的实施将为水中难降解有机污染物控制关键问题的解决提供新思路，为环境保护的重大和核心科学问题的突破奠定技术和理论基础

利用太阳光催化降解有机污染物的研究是能源高效利用、新型功能材料、环境净化与可持续发展等前沿科学领域的重要内容之一。因而，开发新型可见光响应光催化剂是迫切需要的。本项目在国家自然科学基金(编号51672081)的资助下，在二维π-π共轭材料包覆磷酸银核壳型复合光催化材料的设计合成与光催化性能研究方面取得了一系列满意成果。.本项目利用化学吸附和超声剥离等方法将π-π共轭导电聚合物包覆在Ag3PO4表面，构建Ag3PO4@π-π共轭导电聚合物核壳结构复合光催化剂。建立了核壳间化学键合作用与π-π共轭效应协同促进光生电荷的转移提高可见光催化活性和稳定性的机制，对于解决半导体光催化剂太阳能利用率低的问题具有重要意义。将TCNQ、UMOFNs和P3HT等π-π共轭导电聚合物包覆在Ag3PO4表面，获得具有高活性和高稳定性的复合光催化剂体系。Ag3PO4@TCNQ（0.3 wt.%）在可见光下12 min内对苯酚的几乎达到100%降解，较Ag3PO4单体活性提高23%左右。TCNQ包裹在Ag3PO4表面，对内核Ag3PO4起到保护作用，有效增强其稳定性，五次循环后，降解率仍高达90%，单体的降解率降到了43%。TCNQ作为良好的电子受体，将Ag3PO4表面的电子导出，减少Ag+被还原，提高活性和稳定性。.g-C3N4纳米片作为壳层包覆Ag2CO3制备Ag2CO3@g-C3N4核壳结构的可见光催化剂。可见光下照射54 min，g-C3N4、Ag2CO3和核壳结构Ag2CO3@g-C3N4(5 wt.%)光催化降解甲基橙的效率分别为34.6%、68.6%和96.7%，比Ag2CO3单体活性提高41.0%。通过浸渍煅烧将Fe杂化到g-C3N4得到了Fe-g-C3N4催化剂，构建了光催化-芬顿协同体系，实现光生电荷快速分离和铁离子的快速循环过程，进而达到快速去除污染物的目的。基于Cu对CO2还原的特性，构建了Au-Cu/g-C3N4和CuO/g-C3N4复合催化剂。在120 ℃和可见光照射下，1.0 wt.% AuCu/g-C3N4复合催化剂以水为溶剂，乙醇产率和选择性分别为0.89 mmol·g-1·h-1和93.1%，是光催化的4.2倍，热催化的7.6倍，优异的光热协同作用，并显著抑制析氢行为。.本项目发表论文16篇，其中一区8篇。培养硕士研究生8人，完成项目的预定任务。