基于界面电荷迁移吸收可见光光催化剂的制备及对典型塑化剂的降解机理

It is very difficult for phthalate esters to be decomposed when they flow into the air, water and soil, which can cause harmful to our ecological environment. Thus, it is an urgent task to development new and effective methods for the removal of phthalate esters. In this project, we intends to prepare new visible-light sensitive photocatalysts with a strong oxidation power of photogenerated holes based on the interfacial charge transfer of semiconductor-cocatalyst system, and to develop a new technology of visible-light photocatalysis for the control and removal of phthalate esters in the water. First, the visible-light sensitive photocatalysts are prepared via an impregnation method in the aqueous solution by using transition metal (such as Fe, Cu, and Ni) compounds as the cocatalyst raw materials and TiO2 as the semiconductor. The decomposition kinetics and mechanism of typical phthalate esters under visible-light irradiation are carefully investigated, with the aim of building a new technology of visible-light 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 visible-light sensitive photocatalysts. In addition, the application of new control technology of the phthalate esters via the visible-light photocatalysis will bring great environmental and economic benefits.

邻苯二甲酸酯类(PAEs)塑化剂进入环境后不易分解，易于对生态环境造成危害，急需研究能有效治理PAEs物质的新技术。本项目拟以研究基于半导体-助催化剂间界面电荷迁移吸收的具有强氧化能力的可见光光催化材料为基础，构建PAEs典型塑化剂水污染控制的新方法。首先，以过渡金属(如Fe, Cu, Ni等)化合物为助催化剂原料，通过离子注入法在半导体材料(如TiO2)表面耦合助催化剂，制备基于半导体-助催化剂间界面电荷迁移吸收的可见光光催化剂；然后，以典型PAEs有机污染物为降解对象，研究在可见光作用下的光催化氧化降解过程，分析PAEs物质的降解动力学及降解机理，揭示具有不同侧链的PAEs物质在光催化降解过程中的构效关系，发展可见光光催化高效处理PAEs物质的新方法。本项目的实施与完成对新型可见光光催化材料的设计和开发具有重要的指导意义，同时，PAEs物质新型治理技术的应用可产生重要的环境和经济效益。

光催化氧化技术具有反应条件温和、能耗低、操作简便、能矿化绝大多数有机物及可用太阳光作为反应光源等优点，是一项具有广泛应用前景的新型环境治理技术。本项目以发展高效助催化剂-半导体复合光催化材料为基础，研究其对酞酸酯、苯酚、甲基橙等各种污染物的光催化降解机理，主要研究内容和取得的重要结论如下: (1) 以过渡金属(如Fe, Cu, Ni, Ti等)为助催化剂，通过低温离子注入法制备了Fe(III)/TiO2-xNx, Fe(III)/AgBr, Cu(II)/AgX (X= Br, Cl, I), Ti(IV)/AgBr等多种高效的可见光光催化材料；(2) 通过对表面助剂的微结构调控，进一步发展了双助剂修饰的高效光催化材料，如Ag-F/TiO2, Fe(III)-rGO/TiO2, Fe(III)-F/TiO2, Ti(IV)-Fe(III)/AgX、Fe(III)-Ag/Ag3PO4等；(3) 此外，还发展了其它多种新型助剂修饰的高效光催化材料，如N-rGO/TiO2、a-MoS2/TiO2、NiS/g-C3N4等; (4) 以上述光催化材料为基础，研究其对各种有机污染物的光催化机理，发现电子助剂不仅增强光催化材料中光生电子的传输与分离，还可以加快界面催化氧化反应；双助剂修饰的光催化材料中由于两种助剂间的协同作用，可进一步促进载流子的快速传输与界面催化反应，显著增强对有机污染物的光催化降解速率。本项目提出的助剂-主体材料间的界面电荷转移与双助剂间的协同作用对发展新型高效的光催化材料提供一定的理论指导，为光催化技术的实用化提供一定的技术支撑。本项目在执行期间共发表SCI研究论文24篇，其中ESI高引频论文2篇，有11篇论文发表于影响因子大于4的国际期刊上；此外，该项目获批中国发明专利7项，培养硕士研究生6名；项目负责人积极参与国际国内交流与合作，总计参加国际学术会议9次，国内学术会议7次。