[00799455]高效二氧化钛光催化材料的设计及其作用机理研究

太阳能利用中的光催化技术不但能够增加能源的供应形式和数量、减少环境污染，同时也能够对环境污染进行治理，是解决能源短缺和环境污染问题、实现可持续发展的有效途径之一。二氧化钛由于性能稳定、来源丰富且成本低廉、环境友好、易于产业化生产，从而成为光催化材料的典型代表。二氧化钛光催化技术面临的最大挑战是只能响应紫外光和量子转换效率低。针对这一关键科学基础问题，课题组对二氧化钛的改性技术及其内在作用机理进行系统深入的研究，项目研究成果得到国内外同行的广泛认可和引用，形成了具有自主创新优势的高效光催化材料设计和开发技术，为中国光催化技术的产业化应用提供理论基础和科学指导。主要科学发现点如下： 1、揭示了二氧化钛的离子掺杂改性机理：采用离子掺杂改性方法拓宽二氧化钛的光谱响应范围，同时增强其量子转换效率。通过理论计算与实验研究相结合，揭示了光催化技术中离子掺杂改性的作用机理和调控规律，创新性地提出以共掺杂方法设计高效光催化材料、确立了高效可见光响应型二氧化钛共掺杂改性设计的基本原则，为实现高效可见光响应型二氧化钛光催化材料的制备及应用提供了理论依据。 2、阐明了二氧化钛表面与水相互作用的机理：通过系统研究水分子在二氧化钛表面的吸附形式、扩散行为、分解过程和固液界面的演化形成，从相互作用的来源、成键方式、微观结构和性质等方面，阐明了光催化反应中水分子的作用机理，确定了影响光催化水分解反应的关键因素，为高效光催化分解水制氢的材料与技术研发提供了理论指导。 3、阐明了二氧化钛表面贵金属担载改性的作用机制：利用贵金属担载的表面等离子体共振效应拓宽二氧化钛的光谱响应范围，同时利用金属-半导体界面效应增强量子转换效率。阐明了贵金属铂的表面掺杂效应、不同纳米结构和贵金属-半导体界面的演化形成机制，获得了贵金属铂担载改性的基本规律和作用机制。 通过科技查新，上述科学发现点除课题组所发表成果外，未见其它文献报道；通过科学技术成果评价，专家组认为项目研究成果达到国际先进水平。 课题组在项目执行期间出版学术专著1部，在国内外学术刊物上发表SCI论文46篇，EI论文39篇，其中19篇SCI核心论文影响因子合计56.305、总他引用462次；获得授权国家发明专利2件；课题组成员1人入选"云岭学者"、1人入选云南省中青年学术带头人后备人才、2人晋升高级职称，培养博士5名、硕士41名。