【太阳能光电催化降解有机污染物耦合制氢的研究】

 2009年4月-2012年3月，南开大学环境科学与工程学院周明华，王薇等人完成天津市应用基础与前沿研究计划项目‘“太阳能光电催化降解有机污染物耦合制氢的研究”

该项目主要研究内容有：探明阳极氧化法制备二氧化钛纳米管的关键因素，探索多种金属、非金属掺杂改性方法；揭示光电催化活性和掺杂的规律关系，提高了可见光利用率，进一步通过外加偏压，实现掺杂改性后纳米管的光电催化协同，并应用于染料等典型有机污染物的降解，进一步发展了以纳米管为圆盘的新型旋转光电催化反应器，探明了耦合作用机制，为TiO2 纳米管光电催化技术在有毒难降解有机污染物处理中的应用提供重要的基础数据及理论指导。本研究工作取得了以下主要成果：(1) 在优化阳极氧化法在制备Ti/TiO2纳米管的基础上，采用浸渍-煅烧法实现了N、Cu、Pt在TiO2纳米管的一元、二元掺杂金属元素、非金属元素掺杂，改善了TiO2纳米管的可见响应和产氢性能。(2) 突破了大面积1D TNT/Ti的制备，并以此为旋转圆盘构建了新型旋转光电催化反应器，优化了耦合体系光催化电极的旋转速率、外加低压偏电压和目标污染物MO初始浓度等工艺参数，实现了对有机污染物光电催化较高的活性和稳定性，揭示了污染物降解机理并初步建立了动力学模型。(3) 发现了旋转光电催化反应中的耦合效应，实现了较光催化降解体系更高的效能。阐明了新型体系高效作用机制，揭示了体系中存在的薄膜光催化、主体光催化和电催化氧化作用，并以薄膜光催化为主。(4) 阐明了新型光电催化体系与常规以0D TNP/Ti纳米光电极为基础的光电催化反应体系对比的先进性，证实该体系具有较好的环境应用前景。该工作的创新性在于：以阳极氧化法实现了大表面积Ti/TiO2纳米管的制备，并发展了多种金属、非金属一元、多元掺杂改性纳米催化剂，实现了更强的光催化性能和对可见光的响应。以外加偏压促进TiO2纳米管的光生电子-空穴分离，发展了新型旋转光（电）化学转盘反应器，大大提高了光电催化活性，实现了高效产氢和污染物去除的耦合。本项目的研究将为TiO2 纳米管光电催化技术在有毒难降解有机污染物处理及耦合产氢方面的应用提供重要的基础数据及理论指导。

本项目已发表高水平SCI论文7篇，平均影响因子3以上，申请发明专利2项。研究成果在一个国际会议、5个国内会议上做口头报告，其中包括一个大会报告、一个主题报告。项目在研期间，还获得了中国电化学青年奖、国际电化学学会Oronzio and Niccolò De Nora Foundation奖和第二届“SCOPUS寻找青年科学之星”成长奖（环境领域）等国际、国内学术奖励和荣誉。此外，本项目还培养（协助培养）了博士生1名、硕士生1名、本科生2名，在读博士生1名、硕士生1名。