植物叶片分级构造陶瓷及其光功能特性研究

项目提出利用自然界植物叶片多尺度结构为模板合成植物叶片分级构造光功能陶瓷，借助"光功能陶瓷本身材质与植物叶片大自然分级构造相耦合"，大幅度提升光功能陶瓷功能性能。研究植物叶片分级构造光功能陶瓷结构复制过程中物理结构传承、化学组分变异转化规律、多尺度分级构造形成特点和规律、多尺度分级构造与光功能特性之间的关联，揭示光功能陶瓷"材质与植物叶片分级构造相耦合"机制和规律，实现其"独特多尺度分级构造－独特光功能特性"结构－功能一体化，并构筑新型植物叶片分级构造光功能陶瓷体系。项目开展具有重要理论意义和实用价值：一方面有利于发现新现象、提出具有创新构型的光功能陶瓷制备新原理和新工艺，另一方面将植物叶片转化为植物叶片分级构造光功能陶瓷可使自然界该类资源在不改变原有结构的同时，实现材质"旧貌换新颜"或"功能提升"，有利于环保实现和资源再利用和深度利用。

启迪于天然植物叶片光合作用，本项目针对植物叶片分级构造特点，提出了植物叶片宏观、微观和纳米尺度分级构造陶瓷化复制途径，提出了“无机分级构造人工树叶”（Artificial Inorganic Leaf with Hierarchical structure）概念，并进一步利用“材质与分级构造相耦合”的学术思路，大幅度提高了光功能陶瓷的光解水制氢、光催化降解有机物、储氧等功能特性，实现了分级构造与光功能一体化和集成化；与此同时，本项目并将生物分级构造概念扩展到植物类生物质资源结构和蝶翅结构中； 研究中发现的若干新现象和揭示的若干新机理为光功能陶瓷的结构设计和功能提升提供了借鉴。..本项目以陆生普通植物叶片、水生植物海带、稻壳、米、豆等植物类生物质材料为模板，研究了不同分级构造与光解水制氢、光降解有机物和储氧等特性之间的规律，提出了其实用化途径，并据此开发了稻壳结构TiO2/SiO2 光催化材料、海带和米、豆构造的生物质自掺杂N-P/TiO2 光催化材料、蝶翅构造TiO2/Pt 光解水制氢体系。..本项目在 Advanced Material、Energy Environ. Sci.、PCCP、Carbon、ChemSuSChem 等专业期刊发表文章12 篇，封面文章4次，美国化学学会ACS 年会、法国仿生与启迪大会等国际重要学术会议大会主题报告1 次，特邀报告3 次，申请国家发明专利1 项；培养2012 年度全国百篇优秀博士论文获得者1名和硕士研究生4名。..本项目成果先后被New Scientist, MIT Technology Review, BBC knowledge Magazine, Photonics Spectrum Magazine 4种国际刊物作为研究亮点报道和评述,先后被 NPG Asia Materials, ACS News，Science daily, Discovery Channel News,Physorg.com, Nanowerk等作为研究亮点报道、转载和评述百余次； 包括Nature Materials助理编辑Alison Stoddart博士在内典型评价10余项。