原位生长n-Fe2O3/p-CaFe2O4光催化N/P异质结及光催化降解VOCs动力学研究

批准号:
51402047
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
25.0 万元
负责人:
曹凤
依托单位:
学科分类:
E02.无机非金属材料
结题年份:
2017
批准年份:
2014
项目状态:
已结题
项目参与者:
潘海军、蔡佳佳、王健敏、杜菲菲、吕欣
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中文摘要
半导体光催化纳米材料应用于降解去除低浓度VOCs(如甲醛,丙酮和苯类等挥发性有机物)气体污染物受到了广泛关注。针对可见光光催化剂α-Fe2O3光生载流子寿命短、空穴传输自由程短导致光催化活性低的问题,本项目拟采用绿色可控两步法原位合成新型n-Fe2O3/p-CaFe2O4异质结纳米材料。通过系统研究N/P异质结界面势垒、界面取向匹配、CaFe2O4在α-Fe2O3表面的不同分布等因素对光催化性能的影响,揭示n-Fe2O3/p-CaFe2O4异质结界面电荷分离效率与界面微结构的关系;探明异质结组分、构型、界面结构与光催化活性的内在联系;并借助第一性原理计算,对光催化过程中的光致电荷传输过程及机理进行系统分析,建立相应的理论模型。本项目的研究结果不仅对深入理解N/P光催化异质结与催化活性之间的内在联系具有重要的学术价值,还为新型高效光催化剂开发及其在环境修复与能源转化领域中应用提供新思路。
英文摘要
The semiconductor photocatalytic nanomaterials used in removing a variety of low-concentration VOCs (such as formaldehyde, acetone, benzene and other volatile organic compounds) of gaseous pollutants has attracted widespread attention. The crucial challenge of visible-light-responsive photocatalyst α-Fe2O3 is that short exciton lifetime and small diffusion length results in low photocatalytic activity. To deal with the problem, our project intends to adopt a green and controlled method with a two-step in situ synthesis of heterojunction n-Fe2O3/p-CaFe2O4 nanomaterials. In addition, the influence of the interface barrier, interface orientation at N / P heterojunction, CaFe2O4 on the distribution of Fe2O3, on the degradation kinetics of typical VOCs will be investigated; the relationship between charge separation efficiency and microstructure at interface will be revealed; the intrinsic link between N / P heterojunction characterization and photocatalytic activity will be analyzed in detail, such as heterojunction structure, semiconductor heterojunction interface component and configuration; Then using first-principles calculations to analysis heterojunction photo-induced charge transfer process and mechanism in the photocatalytic process, and establishing the corresponding theoretical model. We believe our study will provide valuable data for in-depth understanding of the intrinsic relationship between N / P heterojunction and photocatalytic activity. Furthermore, our study can not only speed up the development of new efficient photocatalyst materials but also promote its application in the field of environmental remediation and energy conversion.
针对可见光光催化过程量子效率低而难以实现应用的重大难题,基于α-Fe2O3光生载流子寿命短和空穴传输自由程短的问题,我们采用绿色可控方法原位合成出了新型n-Fe2O3/p-CaFe2O4异质结光催化纳米粉体和薄膜材料。深入研究了简单液相法反应条件对异质结光催化纳米材料生长的调控规律;研究了这些异质结光催化剂在光催化降解有机污染物(甲醛,乙醛,苯,亚甲基蓝,罗丹名B,抗生素等)的光催化活性和光反应机理;深入研究光生电子,空穴对的迁移分离过程; 利用尖晶石结构连续固溶的特性,结合理论计算和实验,通过改变A位原子中金属比例可以实现材料禁带宽度、能带位置的连续可调;考察了半导体电极的成膜工艺对样品的光电化学性能的影响;探讨了利用Co3O4 表面修饰n-Fe2O3/p-CaFe2O4异质结再提高光电流密度并分析其作用机理;设计并成功合成了CaFe2O4/ZnFe2O4异质结。此外,通过对光半导体纳米粉体或薄膜引入氧空位方式形成缺陷能级,提高光生电子-空穴的分离率,拓宽了光谱响应范围并在多种低浓度VOCs(甲醛,苯)气体污染物光降解领域显示了优异的性能。本研究对开发新型高效光催化剂,促进太阳光光催化技术的大规模应用具有重要的理论和实际意义。
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:10.1246/cl.150525
发表时间:2015-06
期刊:Chemistry Letters
影响因子:1.6
作者:F. Cao;Ruiping Deng;Lijian Huang;Jun Ren;Linqing Miao;Jianmin Wang;Song Li;G. Qin
通讯作者:F. Cao;Ruiping Deng;Lijian Huang;Jun Ren;Linqing Miao;Jianmin Wang;Song Li;G. Qin
Oxygen vacancy induced superior visible-light-driven photodegradation pollutant performance in BiOCl microflowers
氧空位在 BiOCl 微花中诱导可见光驱动的卓越光降解污染物性能
DOI:10.1039/c7nj04041e
发表时间:2018-03-07
期刊:NEW JOURNAL OF CHEMISTRY
影响因子:3.3
作者:Cao, Feng;Wang, Yunan;Qin, Gaowu
通讯作者:Qin, Gaowu
Rapid room-temperature synthesis and visible-light photocatalytic properties of BiOI nanoflowers
BiOI纳米花的室温快速合成及其可见光光催化性能
DOI:10.1016/j.jallcom.2015.03.185
发表时间:2015-08-05
期刊:JOURNAL OF ALLOYS AND COMPOUNDS
影响因子:6.2
作者:Cao, Feng;Wang, Jianmin;Qin, Gaowu
通讯作者:Qin, Gaowu
Synthesis of small Fe2O3 nanocubes and their enhanced water vapour adsorption-desorption Properties
Fe2O3 纳米小立方体的合成及其增强的水蒸气吸附-解吸性能
DOI:--
发表时间:2015
期刊:RSC Advances
影响因子:3.9
作者:Feng Cao;Duanyang Li;Ruiping Deng;Lijian Huang;Daocheng Pan;Jianmin Wang;Song Li
通讯作者:Song Li
DOI:--
发表时间:2017
期刊:Chemistry Letters
影响因子:1.6
作者:Feng Cao;Yunan Wang
通讯作者:Yunan Wang
多主元合金纳米粒子催化剂原子构型与催化性能研究
- 批准号:52371150
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:51万元
- 批准年份:2023
- 负责人:曹凤
- 依托单位:
国内基金
海外基金
