可见光响应异质半导体纳晶多孔薄膜的制备及催化性能研究
结题报告
批准号:
20977005
项目类别:
面上项目
资助金额:
32.0 万元
负责人:
陶霞
依托单位:
学科分类:
B0604.水污染与控制化学
结题年份:
2012
批准年份:
2009
项目状态:
已结题
项目参与者:
郑言贞、马伊、候茜、王东亭、翟晶、杨允杰
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中文摘要
纳米ZnO一维半导体能够快速收集和轴向转移光生电子呈现高的光催化活性,在水净化方面具有巨大的应用前景,但最大缺陷是纳米ZnO不稳定性和局限于紫外光激发。本项目拟将纳米一维和聚集体ZnO均匀分散在稳定的TiO2体相内,形成多孔的、高比表面积的、能够产生多重散射的异质TiO2-ZnO纳晶薄膜。同时,在成膜的TiO2或ZnO晶格内掺杂碘,拓展光响应范围至可见光区域,达到最大效率利用太阳光降解水中污染物。实验采用涂敷法和dip-drop法在合适基底上构筑碘掺杂TiO2-ZnO纳晶多孔薄膜。通过调配成膜组成、浓度、温度等来控制膜粒子的尺寸和形貌、孔隙率以及膜厚度,特别是通过调控ZnO在TiO2体相内的分数、粒径和形貌来得到最大可资利用的异质半导体光催化剂。探究掺杂态碘在可见光激发下的电子转移历程以及和TiO2或ZnO导带耦合传输电子的动力学行为,为全波段利用太阳光处理污染物提供理论基础和产业化支持。
英文摘要
本项目以提高通用型半导体氧化物薄膜的光催化效率为目的,设计制备了一类兼具可见光响应的、多重散射的、良好的电子传输特性以及稳定性的光催化薄膜材料,并使之成功用于水环境污染物光降解。具体研究结果如下:.1、(I-)TiO2和(I-)ZnO:利用水热法和溶胶-凝胶法制备出(I-)TiO2纳晶和微米级(I-)TiO2,研究显示:I-TiO2纳晶兼具可见光响应 和大比表面积双重性能,而微米级I-TiO2具有良好的光散射特性。同时,利用溶剂热法制备ZnO聚集体和ZnO纳米棒阵列,结果表明:ZnO聚集体兼具较大比表面积和强光散射性能;ZnO纳米棒阵列具有良好的电子传输特性。.2、可见光响应多孔异质半导体薄膜:将ZnO聚集体均匀分散于I-TiO2体相内,采用涂覆法制备了I-TiO2-ZnO以及I-TiO2薄膜。碘掺杂半导体薄膜可以扩展光响应至可见光区域。同时,利用浸渍或旋涂法将I-TiO2纳晶包覆在ZnO纳米棒阵列表面,获得一维I-TiO2-ZnO薄膜,所制备的薄膜兼具良好的电子传输和可见光响应特性。通过调配成膜组成、浓度、温度等宏观可控量,以及调控ZnO粒径和形貌获得了宽太阳光谱吸收的异质半导体氧化物光催化剂。.3、可见光响应多孔异质薄膜光/电催化性能:分别采用罗丹明-B、荧光素钠和曙红作为降解底物,在可见光照射下,研究I-TiO2与I-TiO2-ZnO薄膜对三种单染料体系、Flu/RhB及EO/RhB双染料体系中的光电降解动力学曲线。结果表明:薄膜在双染料体系中的光降解效率高于单染料体系,这主要源于双元染料的协同敏化作用;同时,薄膜的光电催化降解污染物效率高于光催化和电催化降解效率。.4、光电催化机理研究:对I-TiO2和I-TiO2-ZnO薄膜的光电催化机理进行了深入系统的研究,结果发现:碘掺杂半导体薄膜拥有更低的电子传输阻力、更高的光响应能力和更负的导带电位。探究了碘在可见光激发下的电子转移历程以及和TiO2或ZnO导带耦合传输电子的动力学行为,最终获得了可见光响应的、可循环使用的、及多重散射的异质半导体薄膜材料。.本项目研究成果已在国际学术刊物上发表SCI论文13篇,申请专利5项,其中授权2项。作为第一完成人申报的项目荣获2012 年中国石油和化学工业联合会科技进步奖二等奖。参加国际会议3次,国内会议3次。培养博士研究生6名,培养硕士研究生11名。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI:10.1016/j.apsusc.2011.01.019
发表时间:2011-03
期刊:Applied Surface Science
影响因子:6.7
作者:Yi Ma;Jipeng Fu;Xia Tao;Xin Li;Jianfeng Chen
通讯作者:Yi Ma;Jipeng Fu;Xia Tao;Xin Li;Jianfeng Chen
DOI:10.1021/ie202009a
发表时间:2012-01
期刊:Industrial & Engineering Chemistry Research
影响因子:--
作者:Wang Dongting;Li Xin;Chen Jianfeng;Tao Xia
通讯作者:Tao Xia
DOI:10.1021/cm901780z
发表时间:2010-02
期刊:Chemistry of Materials
影响因子:8.6
作者:Yan‐Zhen Zheng;Xia Tao;Lixin Wang;Hui Xu;Q. Hou;Weilie Zhou;Jianfeng Chen
通讯作者:Yan‐Zhen Zheng;Xia Tao;Lixin Wang;Hui Xu;Q. Hou;Weilie Zhou;Jianfeng Chen
DOI:10.1021/cm101525p
发表时间:2011-01
期刊:Chemistry of Materials
影响因子:8.6
作者:Yan‐Zhen Zheng;Xia Tao;Q. Hou;Dong-Ting Wang;Weilie Zhou;Jianfeng Chen
通讯作者:Yan‐Zhen Zheng;Xia Tao;Q. Hou;Dong-Ting Wang;Weilie Zhou;Jianfeng Chen
DOI:10.1016/j.catcom.2012.01.006
发表时间:2012-04
期刊:Catalysis Communications
影响因子:3.7
作者:Xin Li;Yuping Huang;Jianfeng Chen;Xia Tao
通讯作者:Xin Li;Yuping Huang;Jianfeng Chen;Xia Tao
钙钛矿太阳能电池全生命周期铅管理与可持续利用——超重力场的强化作用
  • 批准号:
    22378019
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    50万元
  • 批准年份:
    2023
  • 负责人:
    陶霞
  • 依托单位:
SAC-Cu嵌入光阳极水氧化原位构建光Fenton降解污染物
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60万元
  • 批准年份:
    2021
  • 负责人:
    陶霞
  • 依托单位:
钙钛矿光伏驱动高效电解水的整体式光电化学池研究
  • 批准号:
    21676017
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    64.0万元
  • 批准年份:
    2016
  • 负责人:
    陶霞
  • 依托单位:
染料敏化太阳电池自驱动强化光催化降解污染物体系研究
  • 批准号:
    21377011
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    83.0万元
  • 批准年份:
    2013
  • 负责人:
    陶霞
  • 依托单位:
基于垂直取向的锌基杂化本体异质结薄膜的设计制备、界面调控及光伏器件研究
  • 批准号:
    21176019
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万元
  • 批准年份:
    2011
  • 负责人:
    陶霞
  • 依托单位:
新型能量转换钛基纳米管薄膜制备与应用性能研究
  • 批准号:
    20776014
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    28.0万元
  • 批准年份:
    2007
  • 负责人:
    陶霞
  • 依托单位:
有毒有机污染物在微反应器内的光氧化降解研究
  • 批准号:
    20546001
  • 项目类别:
    专项基金项目
  • 资助金额:
    8.0万元
  • 批准年份:
    2005
  • 负责人:
    陶霞
  • 依托单位:
微反应器的设计构筑及其环境学应用研究
  • 批准号:
    20577002
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    26.0万元
  • 批准年份:
    2005
  • 负责人:
    陶霞
  • 依托单位:
国内基金
海外基金