【摘 要】
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在当今世界传统的化石能源枯竭以及生态环境日益恶劣的局面下,本论文着重围绕光催化技术在新能源开发和污水处理两个方面开展研究。针对传统光催化基础性半导体材料Cd S稳定性差且光腐蚀性强以及光生电子-空穴对容易复合的科学性问题,设计并研究了以二维纳米材料Mo S2,MXene Ti3C2和石墨烯为助催化剂协同Cd0.5Zn0.5S的复合型光催化材料体系以增强光催化的性能。本论文主要的研究内容及成果如下:
【基金项目】
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科技部重点研发计划； 国家自然科学基金委员会； 广东省重点领域研发计划项目；
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在当今世界传统的化石能源枯竭以及生态环境日益恶劣的局面下,本论文着重围绕光催化技术在新能源开发和污水处理两个方面开展研究。针对传统光催化基础性半导体材料Cd S稳定性差且光腐蚀性强以及光生电子-空穴对容易复合的科学性问题,设计并研究了以二维纳米材料Mo S2,MXene Ti3C2和石墨烯为助催化剂协同Cd0.5Zn0.5S的复合型光催化材料体系以增强光催化的性能。本论文主要的研究内容及成果如下:（1）采用水热法合成制备并研究了以二维纳米材料MXene Ti3C2为助催化剂协同Cd0.5Zn0.5S的复合型光催化材料体系并取得了较好的光催化性能。同时,这项研究扩大了光催化技术的应用边界,其利用海水光催化制备氢气的最高效率达到9.071 mmol g-1h-1是常规Pt催化体系的33倍。在6个6小时的光稳定性测试中,其表现保持良好。另外,在光催化材料设计中利用MXene Ti3C2和Cd0.5Zn0.5S材料间的界面工程调控来构筑肖特基势垒以减少光生载流子的复合从而获得高效率的光催化效果。该设计策略为新型光催化材料的制备和应用提供了崭新的方式。（2）采用水热法合成制备并研究了以二维纳米材料Mo S2为助催化剂协同Cd0.5Zn0.5S的复合型光催化材料体系并取得了较好的光催化性能。随着科学技术的发展对重氢的需求日益增长,但是重氢的传统制备存在耗时复杂等缺点。本论文的研究开拓了光催化技术的应用领域,其高效简易绿色环保的光催化制备重氢的技术是一种十分有前景的策略。特别是终极能源“人造太阳”可控核聚变大量依靠重氢作为基本原料,本论文研究的光催化重氢制备技术为此提供了借鉴。其制备重氢的最高效率达到9.745 mmol g-1h-1,并且在6个6小时的光稳定性测试中保持良好的表现。（3）针对石墨烯材料工业生产的局限性,以废弃山竹壳为基质变废为宝制备出可大规模工业生产的高质量多孔石墨烯材料,并采用水热法合成制备并研究了以二维纳米材料石墨烯为助催化剂协同Cd0.5Zn0.5S的复合型光催化材料体系并取得了较好的光催化性能。其在难降解有机物环丙沙星的光催化消除效率达到60分钟99%,并且在光稳定性测试中保持良好的表现。（4）通过工艺调控和工程技术的不断改良,研发出可大面积涂抹的一体化隔热型光催化自清洁抗菌涂料,并成功地在多项重点工程中应用,具有广阔的推广应用前景。其隔热温差可达到15.9摄氏度并且对于大肠杆菌等典型细菌的杀灭率30分钟均能保持在99%以上。鉴于大面积催化剂负载的工程难题长期局限光催化技术的应用发展,结合前期的产学研研究,本论文研发的一体化隔热型光催化自清洁抗菌涂料在多个不同行业的重点工程中进行了示范应用,取得了良好的经济和社会效益。
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