仿生无机半导体材料的催化性能研究

仿生材料的制备在近几年来广泛兴起，而将仿生材料的特殊结构用于催化领域的研究并不多见。本项目拟设计采用一种新型、简单的多流体复合型电纺技术,来制备具有仿生多通道结构的半导体氧化物(如TiO2等)的微纳米复合纤维,并通过在纤维表面修饰或通道内掺杂其他材料实现光、电催化活性的提升。着重研究多尺度无机半导体材料的制备过程、表面形貌、化学组成及化学性质等，并通过催化现象的测定，研讨材料结构与性能之间的关系。申请人前期发现，多通道二氧化钛微纳复合纤维，由于其独特的仿北极熊毛的结构，在一定程度上对污染物有内腔捕获效应 ，且对入射光有多次反射效益，使光催化效果更为增强。在此研究的基础上，本项目拟通过对多通道无机半导体氧化物在微纳米尺度上的合理调控，并对通道内部和纤维表面进行有效掺杂，以达到进一步增强同类无机半导体氧化物纤维的光、电催化效果，拓宽其应用领域，并为新型仿生材料在应用领域中开辟思路。

本研究基于无机半导体材料特殊的仿生结构以及特殊的浸润性能，对半导体材料的催化性能进行了研究，主要研究成果可分为以下几个部分：(1)对无机半导体材料光催化性能的理论研究的总结。深刻探讨了特殊的微纳复合结构使光催化性能进一步提高的机理，为今后无机半导体材料的研究方向找到了明确的依据。(2) 对新型无机半导体光催化材料的合成：通过多通道静电纺丝技术制备了仿生多通道掺氟化物二氧化钛纤维，对其表面的形貌进行了表征，并对其表面化学组成进行了表征，并发现这种TiO2纳米晶体和TiO2微米纤维的复合结构对光催化性能有所增强；另外，还通过对无机半导体材料进行仿生结构的构筑，实现了催化性能的多功能化。通过对仿仙人掌结构的材料表面修饰上TiO2，我们得到了既可以对污染物吸附，又可以对污染物进一步分解的新型多功能材料。(3) 对无机半导体材料结构的创新。利用模板法等方法制备了新型无机半导体材料，并结合目前热点的等离子体技术，期待开发出新型的催化设备。

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