设计、合成新型半导体纳米页（nanosheet）基可见光催化剂

开发可见光响应的新型光催化材料，提高太阳能的转化率，是实现光催化技术产业化的关键。本项目拟采用两类半导体纳米页，宽禁带的氧化钛和窄禁带的硫化钼，通过层层自组装工艺合成具有可见光响应的高效光催化剂，并对催化剂的可见光催化降解有机污染物的能力进行系统考察。氧化钛中通过过渡金属离子掺杂实现可见光响应，并采用与锂离子共掺控制纳米页中过渡金属离子的掺杂量；单分子层的硫化钼纳米页具有极强的量子限域效应，光响应范围蓝移至可见光区域。纳米页材料的单分子层厚度使所有的原子都位于表面或者近表面，因此光生载流子迁移到表面的路程极短，能有效减小电子与空穴的复合概率。因此，本课题的研究成果有望实现光催化剂在可见光区域高效光催化降解有机污染物。

由层状相材料剥离而得的单层半导体纳米页作为光催化材料，具有大的比表面积、极短的光生载流子扩散程等特点。此外，表面的带电性质赋予了其通过静电自组装构筑不同形貌、结构及组份的复合异质体系的可能。通过共掺杂方法，我们获得了过渡金属离子可控掺杂的氧化钛纳米页，并以层层自组装途径构筑了多层膜体系。采用剥离-重组装手段，合成了一系列氧化钛基的多孔可见光催化剂，如CdS柱撑氧化钛纳米页结构、CdS/氧化钛纳米页介孔结构、锰离子插层氧化钛纳米页结构、介孔结构黄色纯氧化钛和氮修饰的介孔氧化钛。以层状钛酸盐、无机铵盐为原料，通过固相离子交换法制备了纳米氮掺杂氧化钛。这些光催化材料都表现出极好的可见光活性，不仅可高效降解有机染料，对降解无色有机污染物同样具有优异的性能。我们以剥离得到的二硫化钼纳米页与聚阳离子之间的静电层层自组装得到了多层二硫化钼薄膜。此外，我们还通过能带匹配原则，设计并合成了一系列层状石墨相氮化碳基的高活性、高稳定性可见光催化体系。