基于等离子体共振增强的硫化物基复合材料的构筑及光催化性能研究

The birth of photocatalytic technology provides a green and efficient way to solve environmental pollution and energy shortages, however, the low quantum yield and a lesser extent in response to visible light of the traditional photocatalytic material, severely limits the photocatalytic application of semiconductor material. Therefore, designing and developing of the semiconductor photocatalytic materials with efficient visible light response have become the development trend of photocatalysis. Based on that Ag, Au and other precious metal nanoparticles have a strong localized surface plasmon resonance effect, the project plans to design and prepare the plasma resonance-enhanced composites on the base of sulfides, and further enhance the photocatalytic activities of sulfides and broaden the response range of visible light, to achieve the binding of plasmon resonance-enhanced function of noble metal nanoparticle and photocatalytic degradation function of sulfide-based composites, and to establish the relationship between the micro-structure control method and the photocatalytic properties of noble metal nanoparticles resonance-enhanced sulfide-based composites. The chemical reaction characterizations between the noble metal nanoparticles and sulfide-based composites will be clearified. The coupling effect between the noble metal nanoparticles, composites based on the sulfides will be revealed. The relationship of microstructure and photocatalytic properties of material will be established. More significantly, this study will provide a new insight for constructing photocatalytic reaction material of high performance, visible light response.

光催化技术的诞生为解决环境污染和能源短缺提供了绿色高效的方法，然而传统的光催化材料量子产率较低，且对可见光响应范围较小等问题，严重限制了半导体材料的光催化应用。因此，设计和开发高效的可见光响应的半导体光催化材料已经成为光催化领域的发展趋势。基于Ag、Au等贵金属纳米粒子具有极强的局域表面等离子体共振效应，本项目设计和制备等离子体共振增强的硫化物基复合材料，进一步增强硫化物的光催化活性并拓宽其可见光的响应范围，实现贵金属纳米粒子的等离子体共振增强功能和硫化物基复合材料的光催化降解功能的结合，建立贵金属纳米粒子共振增强的硫化物基复合材料的微结构控制方法与其光催化性能之间的关系。明确贵金属纳米粒子与硫化物基复合材料的化学反应特征，揭示贵金属纳米粒子、硫化物基复合材料之间的耦合效应，建立材料微结构与光催化性能之间的构效关系，为构筑高性能、可见光响应的光催化反应器用催化材料提供新思路。

近几十年来，随着全球环境问题的日益突出和纳米科技的迅猛发展，以纳米材料为基础的光催化研究，已成为环境科学、纳米科学以及催化科学等领域的一大研究热点。与一般的光催化材料相比，纳米光催化材料的比表面积更大、光催化活性更强、降解有机物更彻底，成为最具有应用前景的光催化材料。硫化物纳米材料具有合适的禁带宽度、高的光催化活性和价格低廉等特点，特别是在降解污染物以及分解水制备氢气时表现出了优异的光催化活性，因此具有广阔的应用前景。.本项目以ZnS和CdS纳米材料为基体，将石墨烯、氧化石墨等碳材料和Ag、Au等贵金属纳米粒子导入到上述硫化物纳米材料中，得到了等离子体共振增强的硫化物基异质结构。研究了硫化物基复合材料对甲基橙、罗丹明B和四环素等污染物的催化降解活性，明确了硫化物基复合材料的微结构与其光催化性能之间的关系。该项目深入研究了贵金属纳米粒子和石墨烯、氧化石墨等碳材料与硫化物的化学反应特征，探讨了其与硫化物的耦合效应，及其对硫化物基复合材料光催化性能的影响规律。.通过本项目的研究，我们对硫化物基复合材料的结构与光催化性能的构效关系及催化性能的优化和机理的探究有了更深入的理解。在本项目资助下，项目组成员发表了5篇SCI收录论文（均为第一作者或通讯作者），分别发表在Dyes and Pigments、Journal of Alloys and Compounds、Applied Surface Science、Materials Research Bulletin和RSC Advances上。申请国家发明专利18项，其中2项授权，且均为第一作者。在本项目的支持下，我们参加了多次国内和国际学术会议，正在培养6名硕士研究生。归因于本项目的资助，新疆大学纳米功能材料的研究有了长足的进步，我们荣获了新疆维吾尔自治区自然科学优秀学术论文奖1项、新疆大学第一届优秀学术论文奖1项、第六届中国国际“互联网+”大学生创新创业大赛国家级三等奖（国家级）和第六届中国国际“互联网+”大学生创新创业大赛自治区级金奖（省部级）等奖项6项，获得成果鉴定2项，制定标准2项。