半导体光催化材料的微结构调控、掺杂、制备与性能增强

2009年度湖北省自然科学奖一等奖

内容简介

　　 光催化材料具有解决环境污染和能源短缺问题的潜在能力，是当前国际化学、环境、能源和材料等领域的研究前沿和热点。本项目围绕当前光催化材料光催化活性不高、量子效率较低和不能被可见光激活等基本科学问题，在国家自然科学基金等项目的支持下，开展了系统深入的研究，取得如下主要科学发现：

　 （1）发现光催化材料的形貌对其活性有重大影响，一维纳米结构有利于光生电子和空穴的转移与分离，增强光催化活性；提出了利用纳米簇MoS2和WS2的量子尺寸效应敏化TiO2制备新型可见光响应的MoS2/TiO2和WS2/TiO2纳米复合光催化剂的理论模型，发现当MoS2和WS2为几个纳米时，制备的MoS2/TiO2和WS2/TiO2纳米复合微结构显示强的可见光光催化活性和稳定性。

（2）最早制备出具有可见光活性的硫氮共掺杂和掺硫的二氧化钛光催化材料，在国际上发展了两种原位制备硫氮共掺杂和掺硫二氧化钛光催化材料的新方法。发现N和S原子能够进入TiO2晶格，取代晶格氧，产生分子轨道间杂化，而使吸收边发生红移，所制备的硫氮共掺杂TiO2光催化材料，其可见光光催化活性是P25的10倍。提出了两个新的光生电子空穴转移分离和光催化活性增强的理论模型。

（3）发展了新的高活性光催化材料超声制备方法, 很好的解决了光催化材料不能同时具有好的晶化和高比表面积这一国际难题，提出了多相光催化剂的偶联效应的理论模型。

  （4）发现水热非平衡体系是合成大比表面和高晶化光催化材料的理想方法；发现一种简单而通用的制备一维多组分Na2V6O16·3H2O单晶纳米带的新方法。

　  本成果在JACS等多种国际著名期刊上发表SCI论文105篇，SCI影响因子大于3的论文40篇，大于2的论文70篇，论文多次被他人正面引用，他引总次数3672次，SCI他引3326次，8篇代表性论文SCI他引345次，同时项目在研究中形成发明专利12项，为我国光催化材料自主发展奠定了重要基础。