半导体光催化材料的能带结构优化和纳米复合修饰

总结了课题组通过半导体光催化材料的能带结构优化和纳米复合修饰,获得响应可见光以及具有实际应用的高效光催化材料方面所取得的一些进展工作。通过稀土元素调变光催化材料电子结构发现,K_4Ce_2M_(10)O_(30)(M:Nb,Ta)半导体复合金属氧化物及其固溶体化合物K_4Ce_2Nb_(10-x)Ta_xO_(30)具有1.8～2.2eV的禁带宽度和适合的电化学电位。对其不同负载研究表明,纳米NiOx的修饰能显著提高光解水制氢活性。同时还发现了一种负载纳米Pt/Cr_2O_3的Bi-V-(M)-O固溶体氧化物在可见光下具有完全分解纯水为H_2和O_2 (2:1)的能力,能有效利用560nm以下的太阳光,有望成为一种高效而稳定的新型实用化光解水材料。利用第一性原理研究了材料的电子结构,揭示了可见光活性机制,探讨了TiN (111)晶面取向的活性,为进一步构筑新型高效光催化剂提供了思路。通过纳米复合获得了SiO_2/NiFe_2O_4、TiO_(2-x)N_x/SiO_2/NiFe_2O_4、Bi_(12)TiO_(20)/SiO_2/NiFe_2O_4等具有可磁分离特性的复合光催化剂,首次通过反胶束法制备出具有蛋型结构的可磁分离纳米球光催化剂,为光催化降解水中污染物的应用提供了新的技术途径。通过纳米SiO_2等中间层修饰和Pt负载光催化剂,不仅提高比表面积,而且有效地抑止了光生电子和空穴的复合,显著提高了光催化活性,为高效光催化空气净化器的产业化提供了实用化光催化材料。