基于晶面效应的可见光响应型氧化亚铜复合半导体光催化剂的形成机制及其构建

Energy crisis and environmental pollution problems have become increasingly serious with the rapid development of industry and technology, and the utilization of clean solar energy has become an effective way to solve these problems. The photocatalytic oxidation technology is particularly suited to dispose complex organic wastewater because of the unique characteristics, but it could not be industrial applications due to there are some flaws. For the photocatalyst problems of low quantum efficiency, severe light corrosion, low utilization of solar energy and powder catalysts recycling difficult. This project intends to design the preparation of cuprous oxide nano structure composite films and constructe of laminate structure light-responsive semiconductor photocatalyst thin film by quantum dots sensitizing, and reduce the recombination of photo-generated electrons and holes, and improve the photocatalytic activity and the use ratio of solar energy. Study on the cuprous oxide composite film preparation method, and to explore the relationship between the morphology, structure and its photocatalytic properties. Use the catalyst to deal with industrial wastewater containing organic matter. Study the visible light response and reaction mechanisms for organic pollutants photocatalytic reactions, and achieve the preparation techniques of visible light response nano cuprous oxide composite film photocatalyst with high catalytic activity. Research results will have big meaning for industrial application of photocatalytic oxidation technology in industrial wastewater treatment and is important in the context of the principle of sustainable development strategy in China.

随着工业和科技的快速发展，能源危机和环境污染问题日益加剧，对清洁能源太阳能的利用成为解决上述问题的有效途径。光催化氧化技术由于具有独有特点，特别适合处理成分复杂的有机废水，但还存在一定缺陷，未能被工业化应用。本项目针对目前光催化剂存在的量子效率低、严重的光腐蚀、低的太阳能利用率及粉体催化剂不易回收的问题，设计制备氧化亚铜纳米结构复合薄膜，通过量子点敏化，以期构建层叠结构的可见光响应型复合半导体薄膜光催化剂，降低光生电子和空穴对的复合几率，提高其光催化活性及对太阳能的利用率。对氧化亚铜复合薄膜制备方法进行研究，探讨形貌、结构与其光催化性能的关系。将制备的催化剂应用于含有机物的工业废水处理，研究其对可见光响应及对有机污染物光催化反应机理，获得高催化活性的可见光响应型纳米氧化亚铜复合薄膜光催化剂的制备技术。研究成果对于光催化氧化技术的广泛应用，特别是对我国可持续性发展的实现具有重要意义。

日益突出的能源和环境污染问题成为现今社会面临的巨大挑战，对清洁能源太阳能的利用成为解决上述问题的有效途径。光催化氧化技术由于具有独有特点，特别适合处理成分复杂的有机废水，但还存在一定缺陷。本项目针对目前光催化剂存在的量子效率低、严重的光腐蚀、低的太阳能利用率及粉体催化剂不易回收的问题，设计制备Cu2O纳米结构复合薄膜，以期构建层叠结构的可见光响应型复合半导体薄膜光催化剂，降低光生电子和空穴对的复合几率，提高其光催化活性及对太阳能的利用率。取得以下研究成果：采用化学-涂膜法和电化学沉积的方法制备了6种宽带隙半导体薄膜。采用循环伏安法和时间-电流曲线对Cu2O电沉积的伏安特性与成核生长机理进行了研究。采用电化学沉积法制备了8种TiO2/Cu2O、ZnO/Cu2O、WO3/Cu2O、Fe2O3/Cu2O、CeO2/Cu2O、SnO2/Cu2O、Ag/Cu2O、Cu/Cu2O复合薄膜，利用XRD、XPS、Raman、SEM、UV-Vis、PL和元素分析仪等对所制备复合薄膜的结构、表面形貌和光电性能进行了表征与分析，探讨了复合薄膜形貌、结构与其光催化性能的关系，获得了具有稳定晶面效应的复合薄膜形貌结构特征，建立了纳米半导体薄膜光催化剂制备技术，确定了复合半导体光催化剂的光催化反应机理，获得了几种有机污染物光催化降解反应机理、降解过程和降解中间产物。通过对有机污染物的降解反应研究，获得了复合薄膜光催化剂光催化降解有机物的工艺技术条件，建立了有机污染物光催化氧化降解新方法，该体系应用于有机污染物的降解处理，有机染料的降解率均达到95%以上，对抗生素的降解率超过80%。研究课题完成了既定目标。研究成果可为光催化氧化技术的应用提供理论依据和技术支撑，特别是对我国可持续性发展的实现具有重要意义。