卤氧化铋-石墨烯复合材料的可控制备及其光催化活性增强机制研究

The traditional titanium dioxide photocatalyst, only worked under the uv light, restricted its practical application in environmental improvement. With appropriate band gap, high stability and visible-light photo catalytic activity, the bismuth oxyhalide has become the research focus in the field of photocatalysis. The recent researches focused on how to further enhance its visible-light photocatalytic activity and stability. Therefore, in this project, the graphite powder was processed in turn with oxidation, microwave detachment, alkali activation, chemical reduction, to get a high specific area graphene, and then the bismuth oxyhalide micro-nano particle was growth on the graphene, to construct a visible light response's bismuth oxyhalide-graphene composite with steady performance and enhenced photocatalytic activity. The construction of the graphene with controllable surface structure and the synthesis of controllable morphologies of the bismuth oxyhalide particle will be systematically researched; The influence of the composition, morphology, size distribution, surface structure on the photocatalytic performance and stability will be further explored. Then the project will reveal the enhenced mechanism of the photocatalytic activity to get a novel photocatalyst composite with structure-controllable and excellent enhenced performance. This research is at the forefront of cutting-edge science and the achievements in the research are of great significance in improving basic research level of photocatalyst. This project will also promote the science development in the fields of chemical engineering, environmental pollution，materials, energy.

传统的二氧化钛光催化材料只能在紫外光作用下驱动，使其推广应用受到限制。卤氧化铋具有合适的禁带宽度、较高的稳定性和光催化活性，已成为光催化领域的研究热点，目前研究的重点是如何进一步提高其可见光催化活性和稳定性。因此，本项目先将石墨粉依次经过氧化、微波剥离、碱活化和化学还原工序，制备出含可控表面孔洞结构的石墨烯，然后在其表面孔洞中生长卤氧化铋微纳晶粒，构建了表面结构形态可控、性能稳定和可见光催化活性增强的新型卤氧化铋-石墨烯复合材料。研究过程中将解决复合材料表面结构形态的调控问题和其光催化活性增强机制的问题。项目的特色与创新之处体现在：构建一种可见光响应的新型卤氧化铋-石墨烯复合光催化材料；复合材料的表面结构形态具有可调控性；将系统研究其光催化活性增强机制。该项目的研究成果对于提高我国光催化材料的基础研究水平，推动化学化工、环境、材料、能源等学科的发展具有重要意义。

传统的二氧化钛光催化材料只能在紫外光作用下驱动，使其推广应用受到限制。卤氧化铋具有合适的禁带宽度、较高的稳定性和光催化活性，已成为光催化领域的研究热点，目前研究的重点是如何进一步提高其可见光催化活性和稳定性。因此，本项目利用形成异质结的方法调变催化剂的带隙能、增大催化剂的表面积、提高光生电子空穴转移与分离速率、增加可见光吸收等方面研究增强机制问题，利用复合材料的表面结构形态具有可调控性、光敏作用和p-n异质结极大地提高了可见光响应的光催化活性。光催化剂的固定化可以避免粉体催化剂分离回收困难和不易重复使用的问题，而固定化光催化剂的活性保持以及提升是关键问题所在，本项目在这方面的研究取得了预期的成果，固定化薄膜的光电催化活性分别是光催化降解和电化学氧化的5倍和15倍。高效可见光分解水产氢是解决能源及环境问题的热点，将本项目的研究体系用于可见光分解水的研究，BiOI与BiVO4形成p-n异质结而提高了光生电子空穴对的分离能力，其光电分解水的性能是纯的BiVO4电极的三倍，在1.23V 标准氢电极的偏压下，达到了3.27 mA/cm2。本项目的一些发现回答了其中的一些科学问题，有重要的理论意义和应用价值，项目的研究成果对于提高我国光催化材料的基础研究水平，推动化学化工、环境、材料、能源等学科的发展具有重要意义。通过本项目的实施和支持，已在SCI国际刊物上发表论文17篇（包括一篇Nano Energy封面论文，一篇ESI高被引论文），培养研究生10余名；邀请了1名美国大学教授来华讲学并与另一所美国大学教授课题组进行了访问和合作研究。本项目研究顺利完成。