高效太阳能光催化剂卤氧铋的固定化及界面作用机制的基础研究

申请代码B061102受理部门收件日期受理编号国家自然科学基金申请书(2012版)资助类别：重点项目亚类说明：附注说明：项目名称：高效太阳能光催化剂卤氧铋的固定化及界面作用机制的基础研究申请人：樊彩梅电话：[phone]依托单位：太原理工大学通讯地址：太原市迎泽西大街79号邮政编码：030024单位电话：[phone]电子邮箱：[e-mail]申报日期：2012年3月6日国家自然科学基金委员会21236058国家自然科学基金申请书2012版第2页版本1.003.006基本信息llteyHuFvA申请人信息姓名樊彩梅性别女出生年月1961年11月民族汉族学位博士职称教授每年工作时间（月）6电话[phone]电子邮箱[e-mail]传真[phone]国别或地区中国个人通讯地址太原市迎泽西大街79号工作单位太原理工大学/化学化工学院主要研究领域光催化与光电催化过程、水处理、无机合成与分离依托单位信息名称太原理工大学联系人田建艳电子邮箱[e-mail]电话[phone]网站地址http//三废治理技术中的化工过程B061103:环境友好的化工过程基地类别研究期限2013年1月—2017年12月申请经费296.0000万元中文关键词太阳能光催化;卤氧铋;固定化;界面作用机制;降解有机物英文关键词Solarphotocatalysis;Bismuthoxyhalides;Immobilization;Interfacemechanism;Organicsdegradation国家自然科学基金申请书2012版第3页版本1.003.006中文摘要(限400字)：研究发现，BiOX(X=Cl,Br,I)类催化剂在紫外和可见光照射下具有较高活性，且制备方法简单易行。将BiOX固定化并保留微纳尺度效应、利用太阳能处理环境中有毒有机污染物，是期待之事，但随之带来尚需解决的催化剂薄膜与基体、助催化剂之间的界面作用机制及过程强化途径等化工基础问题。本研究旨在构建带隙适配太阳光谱的从而可全面利用太阳能的BiOCl-BiOBr-BiOI复合光催化剂薄膜体系，引入Ag、水合氧化铋等强化导带电子传递，实现反应速率的较大提高；研究固定化方式和方法，在不同基体上制备BiOX类光催化薄膜，形成绿色的固定化技术；定量研究BiOX薄膜与基体界面之间的作用机制，建立数学模型并形成判据，以指导薄膜催化剂的制备；深入了解基体材质物性对光催化剂性能与结构的影响，使基体与催化剂发生协同效应，强化过程电荷、质量的传递；通过反应动力学研究，明确过程之瓶颈，优化体系，为实际应用奠定基础。英文摘要(限3000Characters)：TheresultsofrecentstudiesindicatedthattheBiOX(X=Cl,BrandI)havegoodphotocatalyticactivitiesunderbothUVandvisiblelightirradiation,andthemethodsforpreparationofBiOXarefacile.Hencetheresearchershopetousethesolarenergyandtheimmobilizedphotocatalystswithmicro-nanostruturefortreatmentoftoxicorganicpollutantsinenvironment.However,thereareseveralbasicproblemsofchemicalengineeringshouldbesolved,suchastheactionmechanismoftheinterfacesamongthefilmcatalyst,thesubstrateandthecocatalyst,aswellasthestrengtheningapproachesshouldbealsoconsideredinordertoimprovethecatalyticefficiency.Themaincontentsofthisstudyinclude:1)ConstructingBiOCl-BiOBr-BiOIcompositethinfilmphotocatalyststhatwillmatchwiththesolarspectrumandthenutilizeUV-visiblelightinthesunlightsimultaneously,andaddingcocatalystsofAgorbismuthoxidehydrateinBiOXfilminordertoacceleratetheelectrontransferofconductionbandandtoincreasethereactionrate.2)PreparingBiOXthinfilmsondifferentsubstratesindifferentwaysandmethodsandformingagreenimmobilizationtechnology.3)StudyingtheactionmechanismofinterfacebetweentheBiOXfilmandsubstratequantitativelyandthenestablishingamathematicalmodelandacriteriontoguidethepreparationprocessofBiOXthinfilms.4)Investigatingtheinfluencesofthesubstratephysicalpropertyonthepropertyandstructureofthephotocatalysts,andmakingthesubstrateandcatalysthavethesynergisticeffectforthetransferofchargeandmass.5)Clarifyingthebottlenecksofphotocatalyticprocessthroughthereactionkinetics,optimizingthereactionsystem.Theobtainedresultswillprovidegoodguidanceforthepracticalapplicationofphotocatalytictechnology.国家自然科学基金申请书2012版第4页版本1.003.006项目组主要参与者（注:项目组主要参与者不包括项目申请人）编号姓名出生年月性别职称学位单位名称电话电子邮箱项目分工每年工作时间（月）1梁镇海1956-9-13男教授博士太原理工大学[e-mail]薄膜固定化与界面调控52崔建国1965-3-27男教授博士太原理工大学[e-mail]反应体系构建过程强化63王雅文1982-3-13女讲师博士太原理工大学[e-mail]催化剂制备及性能研究84王韵芳1972-10-29女讲师博士太原理工大学[e-mail]薄膜与基体界面作用65卫国强1973-6-13男讲师博士太原理工大学[e-mail]在线检测及动力学研究66张峰1981-7-26男讲师博士太原理工大学[e-mail]薄膜催化剂的强化途径87张小超1985-8-6男博士生学士太原理工大学[e-mail]光催化材料的量化计算98王艳1979-12-13女博士生硕士太原理工大学[e-mail]薄膜催化剂结构稳定性99毛晓明1981-5-30男博士生硕士太原理工大学[e-mail]薄膜固定化与作用机制9总人数高级中级初级博士后博士生硕士生153435说明:高级、中级、初级、博士后、博士生、硕士生人员数由申请人负责填报（含申请人），总人数由各分项自动加和产生。国家自然科学基金申请书2012版第5页版本1.003.006经费申请表（金额单位：万元）科目申请经费备注（计算依据与说明）一.研究经费226.00001.科研业务费105.0000（1）测试/计算/分析费60.0000实验分析测试、样品催化剂(薄膜)的测试与表征、模拟软件安装使用费、计算机机时费等（2）能源/动力费12.0000燃料、水电暖等费用（3）会议费/差旅费16.0000参加国内学术会议7-8人次/年和调研差旅费等（4）出版物/文献/信息传播费17.0000论文出版、专利申报、资料查询、信息检索等费用（5）其他2.实验材料费65.0000（1）原材料/试剂/药品购置费57.0000购买化学试剂、各种原材料等费用（2）其他8.0000实验耗材等3.仪器设备费50.0000（1）购置38.0000购置原位红外反应器、XPS在线检测池、量化软件服务器、水质在线分析仪等（2）试制12.0000试制特殊反应装置等费用4.实验室改装费6.0000用于实验台、工作台等的改装5.协作费二.国际合作与交流费25.60001.项目组成员出国合作交流15.6000参加国际重要学术会议6-9人次2.境外专家来华合作交流10.0000邀请领域相关专家讲学2-3人次三.劳务费29.6000直接参加项目研究的研究生、博士后的劳务费用四.管理费14.8000学校管理费，按5%计算合计296.0000与本项目相关的其他经费来源国家其他计划资助经费其他经费资助（含部门匹配）其他经费来源合计0.0000国家自然科学基金申请书2012版第6页申请者在撰写报告正文时，请遵照以下要求：1、请先选定项目基本信息中的资助类别，再填写报告正文；2、在撰写过程中，不得删除系统已生成的撰写提纲（如误删可点击“查看报告正文撰写提纲”按钮，通过复制/粘贴恢复）；3、请将每部分内容填写在提纲下留出的空白区域处；4、对于正文中出现的各类图形、图表、公式、化学分子式等请先转换成JPG格式图片，再粘贴到申请书正文相应位置5、本要求将作为申请书正文撰写是否规范的评判依据，请遵照要求填写。报告正文（一）立项依据与研究内容（5000-10000字）：1、项目的立项依据（研究意义、国内外研究现状及发展动态分析，需结合科学研究发展趋势来论述科学意义；或结合国民经济和社会发展中迫切需要解决的关键科技问题来论述其应用前景。附主要参考文献目录）；光催化技术是处理环境中持久性有毒有机污染物的有效方法之一。该技术从问世(1972年TiO2光电极水制氢，1976年TiO2光催化处理水)便显现出优异的竞争力：反应条件温和，活性组分能量高，氧化反应彻底，工艺绿色环保。为了解决日益凸显的环境问题，人们对其寄予厚望，遂开展了各种各样的创新研究，并期望将太阳能引入其中，如西班牙的PSA(PlataformaSolardeAlmeria)欧洲最大的太阳能应用实验室()，太阳能技术示范应用之一便是太阳能光催化降解水中有害有毒有机物如氯化物、杀虫剂