高性能半导体光催化材料制备与微结构调控.doc

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1、2014年度国家科技奖推荐项目简介拟推荐奖种：自然科学奖项目名称：高性能半导体光催化材料制备与微结构调控主要完成人：余家国、余火根、程蓓、刘升卫、赵修建项目简介：本项目属于材料的组织、结构、缺陷与性能学科。半导体TiO2光催化技术具有解决环境污染和能源短缺问题的潜在能力，是当前国际材料、环境和能源等领域的研究前沿和热点，高性能TiO2光催化材料的制备一直是该领域的难点，国际上将如何增强TiO2的光催化性能和拓展其可见光响应范围列为两大亟待解决的关键科学问题，本项目在国家自然科学基金等项目的持续支持下，围绕光催化材料的制备、组成、

2、结构与性能的关系，开展了系统深入的研究工作，在高性能TiO2的制备、微结构调控、性能增强和新型光催化材料探索等方面的研究中取得了若干创新性研究成果，形成了自己的研究特色，其主要科学发现如下：1提出了两种纳米复合异质结增强光催化性能的理论模型，一是多相光生载流子转移分离的理论模型，发现当制备的TiO2薄膜由锐钛矿、金红石、板钛矿、银多相组成时，这种Ag-TiO2多相复合薄膜的光催化性能显著增强，其光催化活性为纯TiO2薄膜的6.3倍；二是吸附中心和光催化活性中心分离和协同作用增强光催化材料活性和稳定性的理论模型。2发展了一种制备T

3、iO2、CuO/Cu2O等无机空心微球光催化材料的新方法―化学诱导自转变方法，该方法主要原理是基于无机非晶态固体微球的原位溶解-再晶化和局部Ostwald熟化机理。3研究发现分级多孔结构可以显著增强TiO2对光的吸收和光催化性能，确立了分级多孔TiO2的形成机理，揭示了孔结构对TiO2光催化性能的影响规律，率先实现了在纯水中不需要任何模板和添加剂，通过调控钛酸丁酯水解中的自组装过程也可以自发形成分级大孔介孔多孔结构TiO2，煅烧后的这类材料显示出特别高的光催化活性，其光催化活性是国际标准光催化剂P-25的2倍多。4提出了两种基于

4、界面电荷转移增强TiO2可见光光催化活性的理论模型，过渡金属Fe3+离子修饰模型和表面等离子体电荷转移模型。项目构建了光催化材料制备、结构与性能间的关系，实现了从材料制备和微结构调控入手增强宏观光催化性能，发展了新的材料制备方法和材料体系，制备出多种高效稳定的光催化材料，提出了若干理论模型解释其机理，推进了国际光催化材料的研究与应用化进程。项目在JACS等多种国际著名期刊上发表SCI论文187篇，获授权发明专利12项，研究成果受到国际国内同行的广泛关注，论文多次被他人正面引用，20篇核心论文被ChemRev(IF41.3)、Na

5、tureNanotech(31.2)等SCI期刊他引3948次，8篇代表论文SCI他引1927次，单篇最高SCI他引411次，包括TiO2光催化创始人Fujishima教授、美国科学院院士原JACS主编Bard教授、染料敏化太阳能电池的发明者Gratzel教授等多位本领域国际权威学者，对项目相关工作给予了充分肯定和高度评价。项目第一完成人余家国入选2012年度全球最热门研究人员21人名单，项目获得了2009年和2013年度湖北省自然科学一等奖。8篇代表性论文（专著）名称及作者：序号论文专著名称/刊名/作者影响因子年卷页码发表时间

6、通讯作者第一作者是否国内完成1FabricationandcharacterizationofAg-TiO2multiphasenanocompositethinfilmswithenhancedphotocatalyticactivity/Appl.Catal.B-Environ/YuJG,XiongJF,ChengB,LiuSW5.82505年60卷211页05年10月3日YUJG余家国YUJG余家国是2Theeffectofcalcinationtemperatureonthesurfacemicrostructurean

7、dphotocatalyticactivityofTiO2thinfilmspreparedbyliquidphasedeposition/J.Phys.Chem.B/YuJG,YuHG,ChengB,ZhaoXJ,YuJC,HoWK3.60703年107卷13871页03年12月18日YUJG余家国YuJG余家国是3TunablePhotocatalyticSelectivityofHollowTiO2MicrospheresComposedofAnatasePolyhedrawithExposed{001}Facets/J.

8、Am.Chem.Soc/LiuSW,YuJG,JaroniecM10.67710年132卷11914页10年9月1日YUJG余家国LiuSW刘升卫是4Template-freehydrothermalsynthesisofCuO/Cu2Ocompositehol