基于固体光催化的降冰片二烯异构反应研究

光催化降冰片二烯异构在太阳能利用及高能绿色航天燃料合成领域具有重要应用价值。针对均相光敏异构不能利用可见光、难分离、成本高等缺点，项目提出固体光催化异构反应新方法，解决两个关键科学问题：固体光催化降冰片二烯异构反应的基本规律及其动力学模型；高可见光活性、高量子效率TiO2光催化剂的制备方法。针对后者，提出非金属－金属离子二元掺杂与自组装相结合制备纳米颗粒的新思路。项目首先研究TiO2光催化异构的相关基本问题，考察催化剂制备处理方法、反应条件等的影响规律，建立相应的动力学模型；然后利用氮离子与金属离子二元掺杂TiO2，通过二元离子协同效应增强可见光活性；进一步将二元掺杂的TiO2组装在分子筛孔道内，制备均匀分散的纳米颗粒，提高光量子效率。项目可望为固体光催化降冰片二烯异构路线奠定理论及技术基础，也将为污染物降解和制氢等光催化反应研究提供借鉴。

光催化降冰片二烯异构在太阳能利用及高能绿色航天燃料合成领域具有重要应用价值。针对均相光敏异构的缺点，项目提出了基于固体光催化的异构反应新方法。围绕阐述反应基本规律、提高光催化性能的目标，研究了以下内容：(1)过渡金属掺杂的Ti-MCM-41光催化剂的制备及其光催化活性；(2) 过渡金属掺杂的TiO2光催化剂的制备及其光催化活性；(3) MCM-41负载的M-TiO2光催化剂制备及其光催化活性；(4) 可见光下染料敏化二氧化钛的过程强化；(5) 高活性二氧化钛晶面的制备及其光催化活性；(6) 光催化异构相关反应机理的量子化学模拟。取得了如下重要陈果：(1) 建立固体光催化降冰片二烯异构反应的基本规律；(2) 建立高活性含钛固体光催化剂的制备方法；(3) 揭示水媒介显著增强可见光染料敏化二氧化钛效应；(4) 揭示芳烃加成与取代反应的内在竞争性。研究工作为固体光催化降冰片二烯异构路线的发展奠定了理论及技术基础，也为制氢和污染物降解等光催化过程的强化和调控提供了有益借鉴。项目在JACS和Angew Chem Int Ed等期刊发表SCI收录论文12篇，其中1篇论文被选为封面论文；发表国外专著1章；在国内外会议做分会邀请报告2次。在项目工作的重要支撑下，本人获得了2012年的国家优秀青年基金。