TiO2纳米线复合材料光催化CO2转化为碳氢化合物的分析研究

This project focuses on the design and preparation of efficient, inexpensive semiconductor nanocomposites to realize efficient conversion of greenhouse gas CO2 to hydrocarbon fuels. The constructive proposal is raised, which utilizes high quality single-crystal anatase TiO2 nanowire array film as substrate, the ZnFe2O4 for the efficient light absorption and Co3O4 co-catalyst for improved hole reaction kinetics. The morphology of nano-materials, coupling mode, the absorption of sunlight, charge separation and the photocatalytic reaction kinetics of CO2 will be discussed in details. The project not only fully considers the basis of previous work, but also combines the advantages of TiO2 preparation experiences that we have. It is expected that a breakthrough in CO2 conversion would be made. Clearly, implementation of this project will not only fill in the research blank of management and utilization of greenhouse gas CO2, but will provide first-hand information for our environmental management and contribute to the development of new energy.

本项目着眼于设计制备高效、廉价的半导体纳米复合材料，实现温室气体CO2向碳氢燃料的高效转化。建设性的提出了利用单晶锐钛矿TiO2纳米线阵列薄膜为主体，以ZnFe2O4为高效吸光半导体构建异质结复合材料，以高效空穴氧化催化剂Co3O4来提高反应动力学的实验方案。讨论纳米材料的形貌、偶联方式、太阳光的吸收、电荷分离、光催化反应动力学过程对CO2转化效率的影响。本项目不仅充分考虑了前人的工作基础，也结合了我们在TiO2制备方面的优势，预期使CO2转化率有突破性的提高。显而易见，本项目的实施不但填补了国内在温室气体CO2的治理和利用方面的研究空白，而且将为我国在这一领域的前沿性研究提供第一手资料，为我国环境治理和新能源开发做出应有的贡献。

光能到化学能的转化是目前解决能源危机和环境污染的理想途径之一，如何更好地提高光催化的效率和光催化剂的稳定性，是目前光电化学领域所面临的关键科学问题。本项目围绕新型半导体纳米复合材料的制备及其在光电转化领域的应用这一主线，制备了一系列价格低廉、环保、高效、对环境友好、化学稳定和无二次污染的半导体纳米复合材料，以及一些具有特殊发光性能的有机半导体材料（卟啉，噻咯等），考察了它们在太阳能利用和转化、光解水制氢、光催化CO2转化、光催化芬顿反应、可视化检测以及电致化学发光领域的应用。成功实现了电荷的高效分离和转化，构筑了新型半导体纳米复合材料的界面电荷转移调控体系；以木基材料为载体制备了新型的多相催化剂，在光催化降解有机污染物方面表现出了优异的催化性能；提出了“聚集诱导电致化学发光”和“界面电子诱导电化学发光”的全新概念；实现了一些危害巨大的重金属离子的可视化监测。在新型半导体纳米复合材料制备、光诱导电子转移、电致化学发光、光催化CO2转化、可视化检测等领域，取得了创新性成果，并提出了相应的光电转化新理论、新概念和新方法。