[01354118]新型催化功能材料的制备及在环境污染物处理中的应用基础研究

该项目属于材料科学领域。催化功能材料是利用化学方法治理环境污染的重要物质基础，是发展高新环境治理技术的先导与支撑，可用于简便、高效、低成本地处理环境污染物。因此，发展新方法制备具有新结构的新型复合催化材料，并将其应用于光催化或臭氧催化氧化治理水体环境污染物具有重要的学术价值和现实意义。该项目以催化功能材料在环境污染物处理中的应用为牵引，研究了一系列功能材料的制备新方法、成分与结构控制、催化处理污染物的过程和催化机理等科学问题，主要发现点及科学价值如下：1）光化学技术合成催化功能材料。提出了气-液界面光化学合成功能材料的新方法，实现了金属、半导体和氧化物催化功能材料的合成及相应新型结构的构筑，获得了基于光化学反应和气-液界面反应的新机理：分别合成了可自由转移的Au与CdS有序多孔薄膜、富镉的CdS纳米管、纳米多孔SnO<,2>以及可自由转移的金属Sn填充的SnO<,2>纳米管阵列薄膜。该发现开创了一种室温下制备微/纳结构功能材料的新方法，所发现/提出的材料生长机理对于材料的成分、结构控制具有指导意义，可促进光化学、界面科学与材料科学的学科交叉。2）光化学方法合成的新型功能材料首次应用于光催化降解污染物。将CdS纳米管、有序多孔薄膜、纳米多孔SnO<,2>以及SnO<,2>纳米管阵列应用于光催化降解水溶液中的污染物，这是首次将此类新结构材料应用于光催化领域，发现了其高效的光催化性能及机理；提出了将纳米多孔薄膜、纳米管阵列漂浮于污染物溶液表面光催化降解处理污染物的新方法。3）合成了具有高比表面积的以介孔、活性炭为支撑体的新型纳米催化功能复合材料，并将其应用于催化臭氧氧化水体中的有机污染物。先后实现了NixOy/活性炭、CeO<,2>/活性炭、Fe<,2>O<,3>/SBA-15以及Ce掺杂MCM-41等新型催化功能材料的制备，这些在催化臭氧氧化降解水体有机污染物中属于新的材料体系，表现出了高效催化性能。针对其催化作用，提出了不同催化功能材料与O<,3>的协同作用下的羟基自由基作用机理。4）利用低温水热/水浴方法分别合成了TiO<,2>颗粒和纺锤体形CuO颗粒。首次将TiO<,2>应用于光催化臭氧氧化有机污染物，将CuO应用于可见光光催化双氧水氧化降解染料染物，并表现出了非常高的效率和实用性。该项目获授权发明专利2件，发表SCI论文25篇，他引326次，其中10篇代表作发表在Angew. Chem.、J. Mater. Chem.、Appl. Catal. B.和J. Hazard. Mater.等权威刊物上, SCI影响因子大于5.5的6篇，1区文章9篇，一篇被Angew. Chem.选为Hot Paper。以该研究为基础，申报者入选了教育部新世纪优秀人才支持计划、成为广东省“千百十”人才工程省级培养对象和“千百十”人才工程先进个人。