纳米隧道结光催化剂的制备及其电荷迁移机制和污染控制性能研究
结题报告
批准号:
21377020
项目类别:
面上项目
资助金额:
82.0 万元
负责人:
于洪涛
依托单位:
学科分类:
B0604.水污染与控制化学
结题年份:
2017
批准年份:
2013
项目状态:
已结题
项目参与者:
刘洋、赵焕新、龚焱、李厚芬、李焕霞、宋亮、王贝贝
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中文摘要
光催化被认为是降解毒性污染物最具发展前景的新技术之一,如何提高能量效率是其面临的主要科学问题。异质结材料虽然能够有效促进光生电荷分离,提高能量效率,但是其代价是氧化还原能力降低,限制了其在毒性污染物降解领域的应用。本研究提出构建隧道结光催化材料,利用其特殊的光生电荷电荷迁移方式,在确保有效促进光生电荷分离的前提下能够利用高氧化还原能力的光生电荷降解污染物,实现光催化技术对有毒污染物的高效治理。拟开展的研究工作对开发隧道结材料的制备技术,深入了解其光生电荷迁移和调控机制,并探索其在光催化领域的应用途径具有指导意义。
英文摘要
The photocatalysis is considered as one of the most promising techniques for the control of toxic pollutants. However, the low energy efficiencies of the technology in pollution control is currently one of the major problems that restrict its practical application. Heterojunction photocatalysts can improve the photogenerated charge separation and sequentially enhance the energy efficiency, however its oxidation and reduction capabilities are weakened,and this disadvantage limited the development of heterojunction photocatalyst in toxic pollutant control. In the project, tunnel junction with the unique photogenerated charge transfer approach will be introduced in area of pollution control. It can provide photogenerated electrons with high reduction capability and holes with high oxidation capability.Therefore,it is reasonable to expect that the tunnul junction can carry out good performance in both pollutant degradation and light energy conversion.The results are significant for the design and synthesis of tunnel junction as photocatalysts, detection of their photogenerated change transfer and control method, and their application in the pollution control.
光催化被认为是降解毒性污染物最具发展前景的新技术之一,如何提高能量效率是其面临的主要科学问题。拓展光吸收范围、促进光生电荷分离是提高能量效率的有效途径。本项目构建基于硅纳米材料的异质结,结合Si的宽吸收范围和异质结内建电场的光生电荷迁移能力,实现拓展光吸收范围同时促进光生电荷分离。制备出Ag/SiNW/SiNP、C3N4纳米片/SiNW、C3N4量子点/SiNW、SnO2/Si、Si量子点/SiNW、Si纳米孔/SiNW等6种硅基异质结和TiOx/Si、WO3-Cu-gC3N4等两种隧道迁移异质结。由于光吸收范围拓展和电荷分离效率提高,这些异质结材料的光生电流密度比单一光催化材料提高1.3~5倍。阐明了内建电场提高光生电荷分离效率的机制。相对于传统催化剂,上述异质结光催化去除苯酚、4-氯酚、壬基酚、Cr6+等典型污染物的动力学常数提高2.2~7倍。利用CFD软件设计了传质、采光能力优于常用的折板或平板组件的单螺旋、双螺旋光催化组件,制造出3套连续流动式光催化消毒器,处理能力分别为1.8 m3/d、3.6 m3/d、24m3/d。对E.coli、噬菌体MS2和f2的处理效率优于紫外消毒技术,且能够抑制紫外消毒过程的微生物复活现象。对磺胺甲恶唑、双酚A等微量有机污染物也有一定去除效果。研究成果对开发异质结光催化材料的制备技术,深入了解其光生电荷迁移和调控机制,促进光催化技术的应用具有参考价值。
期刊论文列表
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Fabrication of the hierarchical structure photocathode by structuring the surface nanopores on Si nanowires standing on p-Si wafer for the effective photoelectrochemical reduction of Cr(VI) in the aqueous solution
通过在 p-Si 晶片上的 Si 纳米线上构造表面纳米孔来制造分级结构光电阴极,以有效光电化学还原水溶液中的 Cr(VI)
DOI:10.1016/j.seppur.2016.10.031
发表时间:2017
期刊:Separation and Purification Technology
影响因子:8.6
作者:Wu Shuai;Yu Hongtao;Lu Na;Quan Xie;Chen Shuo
通讯作者:Chen Shuo
DOI:10.1039/c6ra12360k
发表时间:2016
期刊:Rsc Advances
影响因子:3.9
作者:Yu H.;Fan F.;Wu S.;Zhang H.;Lu N.;Quan X.;Chen S.;Li H.
通讯作者:Li H.
Uncovering the Key Role of the Fermi Level of the Electron Mediator in a Z-Scheme Photocatalyst by Detecting the Charge Transfer Process of WO3-metal-gC3N4 (Metal = Cu, Ag, Au)
通过检测WO3-金属-gC(3)N(4)(金属= Cu、Ag、Au)的电荷转移过程揭示Z型光催化剂中电子介体费米能级的关键作用
DOI:10.1021/acsami.5b10613
发表时间:2016-01-27
期刊:ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES
影响因子:9.5
作者:Li, Houfen;Yu, Hongtao;Zhang, Yaobin
通讯作者:Zhang, Yaobin
Fabrication of graphitic-C3N4 quantum dots coated silicon nanowire array as a photoelectrode for vigorous degradation of 4-chlorophenol
石墨-C3N4量子点涂覆的硅纳米线阵列作为光电极的制备用于强烈降解4-氯苯酚
DOI:10.1039/c7ra00671c
发表时间:2017-03
期刊:Rsc Advances
影响因子:3.9
作者:Su Yan;Sun Bo;Chen Shuo;Yu Hongtao;Liu Jing
通讯作者:Liu Jing
DOI:--
发表时间:2017
期刊:化学进展
影响因子:--
作者:于洪涛;陈硕;全燮;张振华
通讯作者:张振华
多级孔碳monolith阴极产•OH的原理及矿化难降解有机物的性能
  • 批准号:
    21876021
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    66.0万元
  • 批准年份:
    2018
  • 负责人:
    于洪涛
  • 依托单位:
p型大孔Si/graphene异质结对多卤代有机物的光催化脱卤性能研究
  • 批准号:
    21007007
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    20.0万元
  • 批准年份:
    2010
  • 负责人:
    于洪涛
  • 依托单位:
国内基金
海外基金