中空铁酸盐/石墨炔多维可见光催化剂的制备及photo-Fenton应用研究
批准号:
52062025
项目类别:
地区科学基金项目
资助金额:
36.0 万元
负责人:
张春
依托单位:
学科分类:
无机非金属基复合材料
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
张春
中文摘要
光催化剂可将太阳能转化为化学能,在光催化辅助Fenton反应降解废水中具有独特优势。铁酸盐能吸收可见光而产生催化活性,价格低廉,化学性质稳定,其优异的磁性还有助于催化剂的回收和重复使用。但是,铁酸盐产生的光生载流子会快速复合,因而被直接用作光催化剂时其活性不够理想。通过构建异质结,创造充足的光子阱,是防止光生载流子复合,提升光催化活性的有效手段,而兼具三角孔洞结构、富电子特性和半导体带隙等优势的石墨炔,是理想的增强相材料。作为我国科学家首先合成、研究较早的新型碳同素异形体,在我国开展石墨炔复合材料的研发还具有一定的技术和基础优势。基于此,本项目拟在近年来对铁酸盐的可控制备及其复合材料的研发基础上,通过在中空铁酸盐界面原位生长石墨炔,并结合磁场辅助手段,可控制备一系列多维度、性能优异的可见光催化剂,将其应用于photo-Fenton反应,无害化降解有机废水。
英文摘要
Photocatalyst can convert solar energy into chemical energy, has unique advantages in photocatalysis assisted Fenton-reaction to degrade wastewater. Ferrates exhibit excellent catalytic activity by absorbing visible light, with the advantages of low price and stable chemical properties, their excellent magnetism also contributes to the recovery and reuse of catalysts. However, the photogenic carriers produced by ferrates are easy to recombine quickly, so their activity is not ideal when used as photocatalyst directly. The construction of heterojunction and the creation of sufficient photon trap are effective means to prevent the photogenic carrier from recombination and improve the photocatalytic activity. Graphdiyne, which has the advantages of triangular hole structure, rich electron characteristics and semiconductor band gap, is an ideal reinforcing-phase for photocatalyst. In addition, graphdiyne was first synthesized by Chinese scientists and studied earlier, so the research and development of graphdiyne composites in China has certain advantages in technology and research foundation. In this project, based on our research and development of ferrite composites, a series of multi-dimensional visible light catalysts with excellent performance will be prepared by hollow-structure designation of ferrite and in situ growth of graphdiyne at its interface. With the assistance of magnetic field, a series of multi-dimensional visible light catalysts with excellent performance will be prepared and applied to photo-Fenton reaction for harmlessly degrade organic wastewater.
随着水体抗生素污染问题的日益严重,光催化技术在净化抗生素污染水体中的应用受到了广泛关注。然而,传统光催化剂存在量子效率低、稳定性差等问题,限制了其在实际中的应用。本项目针对这一问题,开展了基于石墨炔和过渡金属设计的光催化试剂研究,旨在开发出高效、稳定的光催化剂,以实现对抗生素污染水体的有效净化。.主要研究内容:.合成了铜掺杂氧化锌与石墨炔复合(Cu/ZnO@GDY)光催化剂,并对其进行了详细表征。研究了Cu/ZnO@GDY对四环素氢氯酸盐(TC)的光催化降解性能,并探讨了其机理。通过密度泛函理论(DFT)计算,分析了铜掺杂对ZnO能带结构的优化作用。探索了Cu/ZnO@GDY与聚醚砜(PES)膜的整合,并在光催化膜反应器(PMR)中进行了应用测试。开展了其他相关光催化剂的研究,包括MnCo双金属光催化剂、MnFe2O4@C@APBA纳米球、MoS2/Ag-ZnFe2O4 Z-scheme异质结等。.重要结果:.Cu/ZnO@GDY光催化剂在可见光下对TC展现出优异的降解能力,去除效率稳定在92%左右。DFT计算结果表明,铜掺杂和石墨炔复合显著提高了光生载流子的分离效率。发表科研论文11篇,其中一区SCI论文4篇;涉及光催化剂的制备、性能及机理研究部分,申报了国家知识产权保护,并顺利取得了相关专利授权。其他研究成果包括MnCo双金属光催化剂的制备、MnFe2O4@C@APBA纳米球的强化富集性能研究、MoS2/Ag-ZnFe2O4异质结的光催化协同效应研究等。.科学意义:.本项目开发的Cu/ZnO@GDY等系列光催化剂为抗生素污染水体提供了高效、稳定的处理方法。铜掺杂和石墨炔复合策略为光催化剂的设计提供了新思路,有助于提高光催化效率。净化系统中光催化剂与膜材料的整合,为光催化技术的实际应用提供了重要参考。其他研究成果如MnFe2O4@C@APBA纳米球、MoS2/Ag-ZnFe2O4异质结等,为环境净化和生物医药领域提供了新型材料和技术。.总之,本项目开展了石墨炔和过渡金属的设计研究,成功开发了一系列高效光催化剂,并将其用于水处理应用研究。
环形磁场辅助下可控合成Fe3O4基载药纳米棒及其药物控释性能研究
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批准号:51662025
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项目类别:地区科学基金项目
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资助金额:39.0万元
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批准年份:2016
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负责人:张春
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依托单位:
国内基金
海外基金