WxTiyO2 /SiO2气凝胶光催化剂的设计合成及其空气净化机制

In this project, a kind of WxTiyO2/SiO2 composite aerogel photocatalyst with integrative adsorption/photocatalysis will be designed and synthesized, by effective integration of the efficient adsorption of aerogels and good visible light photocatalytic activity of WO3-TiO2. An idea of preparing hydrophobic WxTiyO2/SiO2 composite aerogels via new ambient pressure drying technology with the combination of template and solvent exchange/surface modification method is proposed. The research focuses on the template-based solvent exchange/surface modification mechanism and the formation mechanism of WO3/TiO2 nano-crystals in situ at low temperature under different conditions. The porous structure formation mechanism, microstructure regulation-control and optimization mechanism of the ternary composite aerogels will be clarified. And the microstructure (including pore, crystal structure), the energy band structure and optical absorption properties will be analyzed. Furthermore, the influencing factors on the adsorption/photocatalysis of W/Ti/Si ternary composite aerogels will be investigated, and the synergistic mechanism of adsorption/visible light photocatalysis for some typical pollutants in the air will be revealed. The accomplishment of this project will obtain new ambient pressure drying method and theory for preparing multi-oxide composite aerogel photocatalysts, which is of great significance for studying aerogel-based photocatalysts and obtaining new air purification materials.

本项目拟将气凝胶的高效吸附性和WO3-TiO2良好的可见光催化活性进行有效结合，设计合成一种吸附/光催化一体的WxTiyO2/SiO2复合气凝胶光催化材料。提出利用模板法和溶剂交换/表面改性相结合的新的常压干燥工艺制备高孔容疏水性WxTiyO2/SiO2复合气凝胶的构想；研究模板基溶剂交换/表面改性机理以及不同条件下WO3/TiO2纳米晶的原位析晶过程，阐明三元复合气凝胶多孔结构的形成机理、结构调控和优化机制；分析WxTiyO2/SiO2复合气凝胶微观结构（包括孔结构、晶体结构）、能带结构和光学吸收性质，研究影响W/Ti/Si三元氧化物复合气凝胶吸附/光催化能力的因素，揭示复合气凝胶对空气中典型污染气体的吸附/可见光催化协同作用机制。本项目的完成将获得多元氧化物复合气凝胶光催化剂的新的常压干燥制备方法和理论，对于多元气凝胶基光催化剂的研究和获得新型的空气净化材料具有重要意义。

本项目将SiO2气凝胶的高效吸附性和WO3-TiO2优异的可见光催化性能进行了有效结合，系统研究并合成了吸附/光催化一体的WxTiyO2/SiO2等多元复合气凝胶光催化材料。.通过改进的溶胶－凝胶和水热合成技术合成了TiO2-SiO2气凝胶和WO3-TiO2等复合光催化材料，利用模板剂和溶剂交换/表面改性相结合的新的常压干燥技术，制备了高孔容WxTiyO2/SiO2复合气凝胶，探索了低温溶剂热晶化过程中细菌纤维素（BC）诱导WO3/TiO2纳米晶形成和促进多孔结构形成的工艺条件，获得了以模板法和溶剂交换/表面改性相结合制备多孔光催化材料的关键技术及其相关理论；研究揭示了凝胶预改性及模板基溶剂交换/表面改性机理、复合气凝胶的多孔形成机制以及低温下WO3/TiO2纳米晶的原位析晶原理，阐明了复合气凝胶的结构调控和优化机制；着重针对不同复合光催化材料的吸附/光催化降解机制，分析了TiO2-SiO2、WO3-TiO2以及WxTiyO2/SiO2复合气凝胶微观结构（包括孔结构、晶体结构）、能带结构和光学吸收性质，研究了Si/W/Ti三元氧化物光催化协同作用机制和表面性质对吸附/光催化的影响机理，揭示了复合气凝胶对RhB、甲醛气体等典型污染物的吸附/可见光催化协同作用机制。此外，项目探索了M (M= Pt, Ag, Cs, K ,Na等）掺杂WO3粒子的水热/溶剂热合成技术，对Cs0.33WO3/SiO2等新型复合气凝胶粒子的光催化性能进行了有益的实验研究，尝试了将MxWO3优异的红外光遮蔽性质和复合气凝胶的光催化性能进行有效结合，为新型光催化材料的应用提供新的途径。.本项目的圆满完成，获得了多种新的多元氧化物复合气凝胶光催化剂的关键制备技术及其相关理论，取得了一些具有指导性意义与参考价值的研究成果，对于多元气凝胶基光催化剂的研究和获得新型的环境净化材料具有重要意义。