水滑石基可见光响应型复合光催化剂薄膜的研制及其光催化性能研究

This project is aimed at the existence problem in photocatalytic technology, such as the photocatalysts recovery difficulties, low photocatalytic efficiency, low solar utilization rate. The target is to develop the novel composite photocatalyst films with visible light response. By using inorganic material layered double hydroxides ( LDHs ) as the precursor, making full use of the advantages of LDHs structure (Laminates metallic element of atomic-level dispersion, laminate metal elements and anions in the interlayer regulative), the preparation technology and principle of multifunctional composite photocatalyst films with visible light response will be studied. The films will be applied to the treatment of organic pollutants, and investigated its photocatalytic degradation performance. By using piezoelectric quartz resonator measurement technology, adsorption and degradation of dynamic process of of organic pollutants on catalyst film surface will be real-time monitord, in order to reveal the photocatalytic degradation mechanism of organic pollutants and adsorption-catalytic synergetic effect, and further enrich l photocatalytic degradation theory. The above research will provide new theoretical basis and technical support for optical catalyst design and preparation, and photocatalytic degrading organic pollutants.

本项目针对当前光催化技术存在的光催化剂回收难、催化效率较低、太阳能利用率低等关键问题，围绕着开发"具有可见光响应的新型复合光催化剂薄膜"这一目标，以无机材料水滑石（LDHs）为前体，充分利用LDHs结构上的优点，即层板金属元素原子级的分散、层板金属元素和层间阴离子的可调控性，旨在研究制备多功能的"水滑石基可见光响应型复合光催化剂薄膜"的技术和原理，并将该薄膜应用于有机污染物处理，考察其光催化降解性能。在此基础上利用压电石英谐振测量技术实时监测有机污染物在催化剂薄膜表面的吸附-降解动态过程，揭示光催化降解有机污染物的催化机理和吸附-催化协同效应，以进一步丰富光催化降解的相关理论。以上研究将为新型光催化剂的设计和制备以及光催化高效降解有机污染物提供理论依据和技术支持。

绕有机污染物深度处理技术和无机层状纳米功能材料开发两大热点问题为中心，利用LDHs的强吸附及离子交换能力及层板离子组成和层间阴离子的可变性的特点，设计开发了化学共沉淀-光催化还原耦合法制备贵金属、量子点修饰的水滑石基复合光催化剂，及化学刻蚀诱导沉淀转化技术、电纺丝技术及水热反应技术制备复合光催化剂的方法。利用水滑石层板金属和层间阴离子的可调控特性，通过优化层板金属元素的组成，结合离子交换及化学沉淀方法在层板间插入贵金属或量子点，考察了其对光吸收边带、禁带宽度、电荷分离态寿命的影响。研究水滑石基复合光催化剂及其异质结构的设计原理和方法，以及以提高水处理性能为目的的材料改性、修饰方法。采用电化学及光谱技术从电子-空穴对的转移及自由基的产生机理出发研究了复合光催化剂光催化增强机理。以上研究将为新型光催化剂的设计和制备以及光催化高效降解有机污染物提供理论依据和技术支持。项目过程中已发表SCI论文3篇，申请发明专利3项。培养硕士研究生7名，指导学生获第十三届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛自然科学论文类全国一等奖及第十届全国环境友好科技竞赛三等奖。指导的“环境光催化及资源循环利用”团队获国家级大学生“小平科技创新团队”，并获中国青少年科技创新奖励基金资助。项目负责人项目执行期内入选教育部新世纪优秀人才支持计划、江西省百千万人才工程。获江西省自然科学二等奖1项。