分级多孔氧化钨基复合材料的组合模板制备及其可见光降解室内气态污染物的研究

可见光响应的氧化钨基光催化材料是当前研究的热点之一。如何进一步提高其光催化效率，是该种材料研究的难点与瓶颈。本项目根据分级多孔结构的异质型复合半导体具有加强光能的吸收与利用、促进光生载流子的迁移与分离、加强反应物吸附等多重优点，通过组合模板新路线，合成分级多孔结构的氧化钨基复合材料，进一步通过光沉积技术，制备贵金属负载的分级多孔结构的氧化钨基复合材料，研究该新型氧化钨基复合结构材料的形成机理，探讨其在可见光辐照下降解室内气态污染物的效率提高机制，揭示贵金属负载的分级多孔氧化钨基复合材料的结构与光催化性能之间的构效关系，为制备高效、可见光响应、环境友好的新型光催化材料提供新思路、新方法，对促进化学、环境、材料和能源学科的交叉融合，解决环境污染问题，具有重要的学术意义和潜在的应用价值。

在国家自然基金委的资助下，课题组经过三年的努力研究，顺利完成了预定目标，发表影响因子5以上论文8篇，主要取得了以下科研进展：.1. 区别于传统的黄色的WO3，课题组通过一种无表面活性剂的溶剂热方法，制备出了超细的蓝色氧化钨（W18O49）纳米线。这些氧化钨纳米线直径仅为0.9纳米，是已知报道中最细的。这些超细的纳米线由于其尺度效应和纳米限域效应，包含了大量的氧空位缺陷，使得其光吸收范围和效率大为提高，并在近红外区域具有强烈的局域等离子共振效应（LSPR）。这些大量的氧空位缺陷和LSPR效应使得这种新材料具有高效的、选择性的光催化还原二氧化碳为甲烷的能力，这也是报道发现氧化钨材料在光催化二氧化碳转化领域的应用。.2. 长期以来，困扰光催化材料效率的一大瓶颈是怎样提高光催化剂的光吸收效率和光生载流子（光生电子和光生空穴）的分离。半导体表面负载金属纳米颗粒是解决这一关键问题的一个可能的办法。目前半导体表面负载金属纳米粒子的制备主要是通过表面活性剂协助的方法，这就在半导体和金属粒子之间引入了一层有机层，阻碍了光生载流子的迁移，同时大大降低了等离子体共振强度。本课题组通过制备具有还原性的富含氧缺陷的氧化钨基体，利用其自身的还原性，将氧化性的金属前驱体原位地还原成金属纳米颗粒，彻底避免了外在还原剂和表面活性剂的使用，提高了催化剂的光吸收和光生载流子迁移、分离效率，从而提高了其光催化降解水中污染物的能力。.3. 提高催化剂的表面积和孔体积，可以显著提高其光吸收效率和催化效率。课题组发展了一种用于大规模制备系列三维、大尺度、多孔氧化物（氧化钨，二氧化钛，氧化铈，氧化锡，氧化镍，氧化钴，氧化铜，氧化铁）及其复合氧化物（氧化钨/氧化钛）的糠醇聚合－燃烧模板法。这种方法同时还可以用以合成金属粒子负载的三维金属氧化物多孔复合材料。通过添加聚苯乙烯微球加入到糠醇种，我们还得到了大孔/介孔复合的分级多孔氧化钨材料。这种方法制备的多孔材料具有较好的光催化降解染料的能力。.4. 发展了一种二元前驱体碳球模板方法，首次制备出了氧化钨多层空心球，这种多层空心结构大大增加了氧化钨材料的表面积，同时通过多次反射效应，提高了其吸收入射光的能力，从而提高了其可见光光催化降解染料的能力。.5. 发展了一种醇热的溶剂热方法，制备出了由氧化钨纳米线（直径约5纳米）构成的三维网状结构。这种三维网状结构就有很