基于表面晶相控制和导带结构调控的高活性可见光催化剂

光催化是国际学术界非常活跃的研究领域之一。TiO2作为光催化剂具有光化学稳定性好、催化氧化能力强等优点，受到广泛关注。只能利用紫外光和反应效率低是TiO2光催化面临的重要难题。传统的调控TiO2价带结构以获得可见光响应的方法减弱了光生空穴的氧化能力，所得催化剂的可见光活性很弱。因此，本项目拟通过金属离子在TiO2晶格均匀掺杂对其导带结构进行调控，在拓宽TiO2光响应范围的同时保持空穴的强氧化性，使催化剂具有高可见光活性。并利用吸附离子或表面活性剂控制此类可见光催化剂的晶面生长，获得具有高活性的外露晶面，进一步提高可见区的量子效率，以期获得具有高效、高稳定性的可见光催化剂。利用多种谱学手段对所制备催化剂进行结构表征，测试其表面光物理化学性能。考察此类催化剂降解污染物的动力学行为，分析其光催化反应机理和构效关系，力争在提高光催化效率和太阳能利用率方面取得突破。

研制出具有高量子效率和高太阳能利用率的光催化材料，是当前光催化研究领域的重点。项目采用比传统合成方法较为绿色、环保的水热法制备了具有高（001）晶面暴露率的锐钛矿相TiO2微球和纳米片，（001）面的光吸收带边相比其他晶面红移，太阳光利用率高，同时该晶面缺陷多，易解离吸附水分子产生羟基等自由基，光催化活性好。以TiO2微球和纳米片为基体，经Cr、V、Ce等离子掺杂后，催化剂的导带下移或带隙中引入掺杂能级，材料具有强烈可见光吸收，其可见光催化效果优于普通的过渡金属离子掺杂TiO2粉体。TiO2微球表面的（001）面还有利于光生电子从CdS转移到TiO2，经CdS负载后，复合催化剂具有优越的可见光催化性能。项目深入研究了F-离子等表面包裹剂存在条件下晶体生长机理以及材料组成、结构与性能间的系统关系、材料光催化解有机污染物的反应机理。已在Mater Res Bull.等学术期刊上发表论文21篇，培养毕业硕士生1人，在读5人。