助剂-石墨烯协同效应型光催化材料的制备及其对酞酸酯的降解机理

It is very difficult for phthalate esters (PAEs) to be decomposed when they flow into the air, water and soil, which can cause harmful to our ecological environment and human being health. Thus, it is an urgent task to development new and effective methods for the removal of phthalate esters. In this project, we intend to prepare highly efficient semiconductor photocatalysts based on the synthestic effect of cocatalyst and graphene for the enhanced photocatalytic performance, and to develop a new technology of photocatalysis for the control and removal of phthalate esters in the water. First, graphene-based semiconductor composite photocatalysts are prepared via one-step green hydrothermal method from precursor (such as TiO2) and graphene oxide (GO); then, cocatalyst-semiconductor/rGO (reduced graphene oxide) are synthesized via an impregnation method in the aqueous solution by using transition metal (such as Fe, Cu, and Ni) compounds as the cocatalyst raw materials. The decomposition kinetics and mechanism of the phthalate esters under UV/visible-light irradiation are carefully investigated, with the aim of building a new technology of photocatalytic decomposition for the removal of phthalate esters. The implementation of this project may provide new insights for the design and development of other new highly efficient photocatalysts. In addition, the application of new control technology of the phthalate esters via photocatalysis will bring great environmental and economic benefits.

酞酸酯类塑化剂具有类持久性有机污染物的特征，进入空气、水和土壤后不易分解，易于对生态环境和人类健康造成危害。本项目拟以发展高性能助剂-石墨烯共修饰型半导体光催化材料为基础，构建酞酸酯类塑化剂水污染控制的新方法。首先，在半导体光催化材料(如TiO2, WO3等)表面修饰具有大比表面积和良好导电能力的石墨烯纳米片，再通过离子注入法在石墨烯/半导体复合材料表面修饰具有氧还原功能的过渡金属离子助剂(如Fe(III)、Cu(II)、Ni(II)等)，从而制备具有高效电荷传输(石墨烯)与利用(过渡金属离子助剂)的高性能光催化材料；以典型酞酸酯类塑化剂为降解对象，研究其在紫外/可见光作用下的光催化降解过程和降解机理，揭示石墨烯和过渡金属离子助剂对酞酸酯类塑化剂降解的协同作用机制，发展高效处理酞酸酯的新型光催化技术。本项目的实施与完成对环境中持久性有机污染物新型治理技术的应用具有重要的指导意义。

酞酸酯类塑化剂由于具有类持久性有机污染物的特征，进入空气、水和土壤后不易被分解，易于对生态环境和人类健康造成危害。因此，发展新型方法去除这类塑化剂具有重要意义。本项目以发展石墨烯复合和半导体－助催化剂间的界面电荷迁移吸收为基础，构建具有高效光催化活性的助剂-石墨烯复合半导体材料体系，并阐明其对典型塑化剂的光催化降解机理：(1)本研究制备了以下不同类型的光催化剂：以具有良好导电性能的石墨烯为电子助剂、具有高效氧还原活性的助剂(Fe(III)、Cu(II)、Ni(II)和MoSx等)为催化反应活性位点，制备了同时具有高效电子传输与界面催化反应的TiO2或银类光催化材料；为实现带有相反电荷的不同有机物在光催化材料表面的选择性吸附与降解，在TiO2纳米粒子表面同时修饰带负电的还原石墨烯(rGO)和带正电的苯胺(PhNH2)，制备了石墨烯功能化后负载TiO2的PhNH2/rGO-TiO2光催化材料；通过简单的光还原法和表面沉积法制备了高效稳定的Z型Cu2O-rGO-CuO复合光催化剂；制备了一些新型助剂(Co-Pi和碱式碳酸锌)修饰的银类化合物光催化剂。(2)研究了石墨烯作为电子助剂、过渡金属离子或氧化物作为催化反应活性位点的双电子助剂共修饰复合光催化剂的协同作用机理。(3)研究了通过带负电的rGO和带正电的PhNH2分子分别作为有机污染物中阳离子染料和阴离子染料的吸附活性位，在PhNH2/rGO-TiO2体系中实现对溶液中不同带电染料选择性吸附和降解的机理。(4)研究了一些新型助剂(Co-Pi和碱式碳酸锌)修饰银类化合物和建立Z型结构提高光催化降解性能的机理。本项目提出的石墨烯和界面催化活性位点协同作用的思路及对新助剂、新结构的探索为发展高效光催化剂提高对典型塑化剂的光催化降解提供一定的理论指导。该项目在执行期间共发表SCI 收录的研究论文32 篇，其中产生ESI高引频论文1 篇；在上述成果中，有8篇论文发表于影响因子大于5的国际期刊上；获批中国发明专利4项，培养硕士研究生8名。同时，项目负责人积极参与国际国内交流与合作，总计共参加国际学术会议4次，国内学术会议6次。