高活性半导体光催化剂机械化学制备过程的作用机制和关键控制因素研究

发展两种金属化合物甚至多种金属化合物的复合光催化材料，通过掺杂效应形成固溶体和形成带隙匹配的异质结结构，是未来构建新型高效光催化剂研发的主要趋势和研究方向。基于固-固界面反应的机械化学方法是制备这种材料的一种有效方法。本项目将以掺杂阴、阳离子及耦合型TiO2光催化剂作为研究对象，重点研究机械化学制备过程的作用机制和影响催化剂表面结构、晶体结构、电子结构、晶粒度及光催化活性的关键控制因素。通过对机械化学制备过程中的各种实验参数对所制光催化剂界面组成、原子或离子的化学状态和配位状态、无序度、异质结结构、掺杂元素在表面分布等性质影响的系统研究，进行关联分析揭示机械能诱发界面化学反应的本质，阐明影响界面间离子或原子扩散控制的关键因素及作用机理，为机械化学技术在光催化剂制备中应用奠定理论和技术基础。以上研究不但对丰富机械化学基础知识，而且对丰富固体催化剂的物理化学反应特征都有重要的理论和实际意义。

本项目以掺杂阴离子TiO2-x[X=F、B等]、阳离子Ti1-yO2[Y=V、Ni、Fe和Co]及耦合型TiO2光催化剂Sc/TiO2[Sc= ZnO、NiO、CuO、CuBi2O4]作为研究对象，重点研究机械化学制备过程的作用机制和影响催化剂表面结构、晶体结构、电子结构、晶粒度及光催化活性的关键控制因素。通过对机械化学制备过程中的各种实验参数（原料种类、球磨介质，球磨强度、球磨环境、球磨气氛、球料比、球磨时间和温度等）对所制光催化剂界面组成、原子或离子的化学状态和配位状态、无序度、异质结结构、掺杂元素在表面分布等性质影响的系统研究，揭示了机械能诱发界面化学反应的本质，阐明了影响界面间离子或原子扩散控制的关键因素及作用机理，为机械化学技术在光催化剂制备中应用奠定了理论和技术基础。到目前为止，本项目在国际学术期刊上共发表学术论文42篇（其中SCI 收录42篇， EI收录 2篇）；参加国际学术会议7次、国内学术会议4次，交流论文20篇； 7名硕士研究生完成学业获得硕士学位；获1项国家发明专利。通过对三年的工作进行梳理和总结，对照计划任务书圆满完成了本课题的任务。