科研项目结题报告书.doc

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1、科研项目结题报告书项目类别校级重点实验室科研项目项目来源:甘肃省高校河西走廊特色资源利用省级重点实验室项目编号:XZ0706项目名称:导电聚合物敏化TiO2纳米复合材料的合成、表征及光催化性能研究项目负责人:敏世雄所在单位:河西学院化学系项目起止年月:2008年1月至2010年12月2010年3月25日填报河西学院科技处制材料清单目录1. 项目结题报告表2. 结题报告书3 项目申请书甘肃省高校河西走廊特色资源利用省级重点实验室面上项目结题报告表项目名称导电聚合物敏化TiO2纳米复合材料的合成、表征及光催化性能研究项目主持人敏世雄项目编号XZ0706起止时间2008.1-2010.12项目组成员

2、敏世雄 岳国仁 安红刚 王芳 佟永纯 杨自嵘 冯雷经费使用情况批准经费20000 元支出经费20000元项目成果概述及研究成果的自我评价：项目成果概述通过窄带隙导电聚合物敏化TiO2纳米复合材料的合成、表征和光催化性能的研究，成功实现导电聚合物敏化TiO2纳米复合材料在光催化领域的应用，经研究得到以下主要成果：1. 开发了三种新型、高效和环保的导电聚合物（聚苯胺、聚噻吩和聚吡咯）敏化TiO2纳米复合光催化材料。2. 对复合光催化材料的合成方法、工艺条件进行了研究，发展了原位氧化聚合法、原位氧化接枝聚合法和溶液共混法三种合成方法，并对材料的结构进行了深入表征，为复合材料结构与光催化性能之间的关系

3、研究打下了坚实的实验基础。3. 应用导电聚合物敏化TiO2纳米复合材料进行了可见光、紫外光和太阳光下降解染料亚甲基蓝和苯酚的光催化实验，在不同水平（复合材料的组成、两相相对含量和光催化实验条件等）对复合材料的光催化性能进行了研究，分析和比较，为该类材料在光催化领域的应用提供了实验依据和理论指导。4. 在国内核心及以上期刊发表科研论文7篇，为化学系本科学生做学术报告一次。自我评价导电聚合物敏化TiO2纳米复合材料在光催化领域的延伸将成为有机/无机纳米复合材料研究的一个重要方向。研究已证实了导电聚合物对TiO2敏化拓宽其光响应范围和提高光催化活性的作用，基本上解决了材料的制备、结构和性能之间相互关

4、系的问题，积累了一定的研究经验，为该领域的研究打下了一定的基础。但对于导电聚合物敏化TiO2纳米复合材料的制备、结构的表征及其与光催化活性之间关系研究还待进一步深入。对于许多基本的问题，如导电聚合物结构对光催化性能的影响、光电性能和光催化性能之间的关系，反应吸附过程及其与光催化性能的关系、光催化反应微观机理等还远没有解决，希望通过后续的研究工作进一步加深理解。成果清单成果名称成果形式作者(次序)发表刊物及年期Synthesis and photocatalytic activity of TiO2/conjugatedpolymer complex nanoparticles论文Shi Xio

5、ng Min*, Fang Wang, Lei Feng, Yong Chun Tong, Zi Rong YangChinese Chemical Letters, 2008, 19TiO2 /共轭高分子纳米复合材料在自然光下的光催化性能论文敏世雄*, 王芳, 安红钢, 吴冬青, 韩玉琦, 冯雷, 佟永纯应用化学, 2009, 4PANI/AMTES-TiO2纳米复合材料的制备及其光催化性能论文敏世雄*, 王芳, 张振敏, 韩玉琦, 冯 雷物理化学学报, 2009, 7太阳光下聚吡咯敏化TiO2复合微粒的光催化性能论文敏世雄*, 王芳, 吕开盛, 岳国仁化学通报, 2009, 7太阳光下Cr

6、3+掺杂TiO2复合微粒光催化性能研究论文冯雷, 敏世雄*, 王芳, 韩玉琦, 佟永纯, 张永生化工新型材料, 2009, 2聚噻吩敏化TiO2复合材料的制备和光催化性能,论文敏世雄*, 王芳, 李国良, 韩玉琦, 冯雷精细化工, 2009, 12Fe3+掺杂TiO2/凹凸棒复合材料的光催化性能论文敏世雄*, 王芳, 魏立强, 王永生, 冯雷, 佟永纯, 韩玉琦环境工程学报, 2010, 2评审组意见评审组签名： 年 月 日 学校意见 年 月 日注：本表一式二份，重点实验室和项目负责人各存一份。甘肃省高校河西走廊特色资源利用省级重点实验室面上项目总结报告项目名称：导电聚合物敏化TiO2纳米复合

7、材料的合成、表征及光催化性能研究申 请 者：敏世雄参与人员：岳国仁 安红刚 王芳 佟永纯 杨自嵘 冯雷工作单位：河西学院化学系通讯地址：甘肃省张掖市北环路87号河西学院化学系电 话：09368282066电子邮件：msxwf总结日期：2010-3-25西部资源环境化学重点实验室二零一零年一、项目的研究背景、思路及方案等情况；1. 研究背景TiO2作为一种稳定、无毒、高效的半导体材料在环境和能源方面得到了广泛的研究和应用。但是，TiO2在实际应用中也存在一些缺陷，主要表现在：（1）TiO2的带隙较宽，因此对光的吸收仅限于在外区（400 nm以下），极大地限制了对光能的利用。（2）光激发产生的光生

8、载流子的复合率高，导致量子效率很低而严重影响TiO2的光催化效率。因此，研究如何拓展其光谱响应范围、提高光生电子-空穴对分离效率已成为提高TiO2光催化活性与效率的重大课题。目前国内外有关TiO2光催化的研究主要集中在：通过掺杂或表面修饰等方法拓宽TiO2的光谱响应范围、提高光催化量子效率、催化剂担载与工业应用等方面。然而，迄今尚未有根本性的突破，难以达到实际应用的要求。90年代初，Grtzel的研究小组首次采用联吡啶钌染料敏化的纳米尺度TiO2多孔膜作为太阳能的光阳极，其光能吸收和电荷传输分别由染料和半导体承担，避免了窄禁带半导体易被光腐蚀和宽禁带半导体可见光能损失大的问题，且激发染料传导到

9、外电路的多数是载流子，降低了复合几率，大大提高了该电极的光电转换效率。以此为开端，利用染料对TiO2的修饰进行了大量研究，使TiO2对光谱的响应拓宽到整个可见区，进一步提高了电极的光电转换效率，但仍面临着光电转化效率低的问题。另外，由于染料敏化存在着选择和制备比较困难、难回收、稳定性差（易溶解和光降解）等缺点，使这类复合材料的制备和其在光催化领域的应用受到很大程度的限制。由于主链上p电子的高度离域，多数导电聚合物在整个紫外-可见和近红外光区有较强烈的吸收，同时还具有类似于无机半导体的能带结构。当其与无机半导体复合后，其导带位置大多位于无机半导体导带之上，其导带上的电子容易注入到无机半导体的导带

10、，使光生电荷有效分离，提高了TiO2光电转化效率。近年来，分别采用聚苯胺、聚噻吩、聚吡咯及其衍生物等对纳米TiO2多孔膜电极进行敏化，发现敏化后电极对可见光的吸收增强，从而使TiO2多孔膜电极的光电转换效率明显提高。与染料敏化的电极相比，该类电极材料的稳定性明显提高。因此，导电聚合物可以成为染料良好的替代品，拓宽材料在其他方面的应用范围。光电转化与光催化具有一定的共性，如用作光电转化与光催化的材料，首先要用能量大于至少等于其禁带宽度的辐射激发产生光生电荷，分离后的电荷子在回路中形成电流实现光电转化，在催化剂的表面甚至扩散层乃至溶液中引起氧化还原反应而实现光催化。光电转化和光催化效率的高低取决于

11、光谱响应范围和光生电荷的分离等因素。为此，本项目在前人对于导电聚合物敏化TiO2复合电极光电性能研究工作的基础上，希望通过导电聚合物与TiO2的纳米复合材料的合成、结构表征和光催化性能的研究，开发出几种性能优异、节能和环保型的光催化材料，为这类复合材料在光催化领域的应用提供实验依据和理论指导。2. 研究思路(1) 针对不同的体系，发展合理、简易和高效的合成方法，合成导电聚合物敏化TiO2纳米复合材料；(2) 采用各种现代表征技术对复合材料的结构进行表征；优选材料的合成方法；(3) 以染料和含酚废水作为模拟污染物，对复合材料的光催化性能进行研究。研究催化反应的条件对材料催化性能的影响，并结合材料

12、表征结果，研究合成方法与材料结构、光催化性能之间的关系；(4) 在以上研究基础上，初步阐明复合材料的光催化反应机理。3. 研究方案（1）材料的合成以P25（德国Degussa公司）、溶胶-凝胶法制备的具有不同晶型的超细纳米TiO2粒子、高分子单体苯胺、噻吩和吡咯为原料，采用原位氧化聚合法、原位氧化接枝聚合法、两相共混法合成聚苯胺、聚吡咯和聚噻吩敏化TiO2纳米复合材料。（2）结构表征(a) 采用SEM和TEM（HRTEM）对材料的形貌进行观察，比较合成方法对材料形貌的影响，结合光催化实验，优化制备条件。(b) 采用IR、XRD等对材料的化学结构和相结构进行表征。(c) 采用XPS和ESR等获得

13、材料的结构信息（核壳或杂化）、导电聚合物的电子结构以及复合材料的电子结构信息。（3）光催化活性评价(a) 选取染料亚甲基兰（MB）和苯酚，配制一定浓度的染料和含苯酚废水，进行光催化实验。(b) 研究光源（可见光、紫外光和太阳光）、反应气氛、废水浓度、复合材料中两相配比和催化剂投加量对复合材料光催化性能的影响。(c) 建立光催化反应动力学模型。反应结束，采用染料废水在降解过程中UV-vis光谱特征，苯酚废水在反应过程中COD和TOC的检测，必要时借助高效液相色谱对不同降解程度的产物进行分析，从而进行染料和含苯酚降解机理的初步研究。(d) 通过对不同水平和不同层次上光催化性能研究，优选出复合材料的

14、最佳制备方法和光催化实验的最佳条件，结合材料的表征结果，研究复合材料合成方法、结构和性能之间的关系。二、项目主要成果简介通过窄带隙导电聚合物敏化TiO2纳米复合材料的合成、表征和光催化性能的研究，成功实现了导电聚合物敏化TiO2纳米复合材料在光催化材料的应用，经研究得到以下主要成果：1. 开发了三种新型、高效和环保的导电聚合物（聚苯胺、聚噻吩和聚吡咯）敏化TiO2纳米复合光催化材料。2. 对复合光催化材料的合成方法、工艺条件进行了研究，发展了原位氧化聚合法、原位氧化接枝聚合法和溶液共混法三种合成方法，并对材料的结构进行了深入表征，为复合材料结构与光催化性能之间的关系研究打下了坚实的实验基础。3

15、. 应用导电聚合物敏化TiO2纳米复合材料进行了可见光、紫外光和太阳光下降解染料亚甲基蓝和苯酚的光催化实验，在不同水平（复合材料的组成、两相相对含量和光催化实验条件等）对复合材料的光催化性能进行了研究，分析和比较，为该类材料在光催化领域的应用提供了实验依据和理论指导。4. 在国内核心及以上期刊发表科研论文7篇，为化学系本科学生做学术报告一次。三、项目的自我评价导电聚合物敏化TiO2纳米复合材料在光催化领域的延伸将成为有机/无机纳米复合材料研究的一个重要方向。研究工作已证实了导电聚合物对TiO2敏化拓宽其光响应范围和提高光催化活性的作用，基本上解决了材料的制备、结构和性能之间相互关系的问题，积累

16、了一定的研究经验，为该领域的研究打下了一定的基础。但对于导电聚合物敏化TiO2纳米复合材料的制备、结构的表征及其与光催化活性之间关系研究还待进一步深入。对于许多基本的问题，如导电聚合物结构对光催化性能的影响、光电性能和光催化性能之间的关系，反应吸附过程及其与光催化性能的关系、光催化反应微观机理等还远没有解决，希望通过后续的研究工作进一步加深理解。四、项目进一步研究的价值与思路等在项目已有工作的基础上，研究导电聚合物敏化TiO2纳米复合材料中光生载流子的产生、迁移和发生表面反应的微观过程将具有一定的价值，这些基本问题的解决将有助于我们更好的理解复合材料光催化降解污染物的机理，解决复合材料的合成、

17、导电聚合物的选择和无机半导体的选择问题，为扩大导电聚合物敏化无机半导体纳米复合材料在光催化领域中的应用打基础。另外，由于光电转化和光催化研究方面的共性，这些问题的解决也有助于加深我们从理论上预测复合材料的光电转化性能，为进一步拓宽材料的应用研究提供一定的支持。西部资源环境化学重点实验室面上项目申请书项目名称：导电聚合物敏化TiO2纳米复合材料的合成、表征及光催化性能研究申 请 者：敏世雄工作单位：河西学院化学系通讯地址：甘肃省张掖市北环路87号河西学院化学系电 话：09368282066电子邮件：msxwf申请日期：2007-12-20西部资源环境化学重点实验室二零零七年填 报 说 明 一、填

18、写申请书前，请先查阅西部资源环境化学重点实验室面上项目资金暂行管理办法中的有关部规定，申请项目必须符合资金暂行管理办法规定的资助范围。申请书各项内容要实事求是，逐条认真填写。表达要明确、严谨，字迹要清晰易辨。 二、申请书为A4开本，于左侧装订成册。各栏空格不够时，请自行加页。一式三份，报送西部资源环境化学重点实验室办公室。 简 表表一总 体 情 况名 称导电聚合物敏化TiO2纳米复合材料的合成、表征及光催化性能研究类 别A.项目大纲 B.自选 C.其它性 质A 基础研究 B 应用基础所属学科名称催化学科代码B0303所 属科 学 组A.自然科学组 B.工程与技术科学组 C.农业科学组D.材料科

19、学组 E.医学环境科学组起止年月2008年1月至2010年12月申请金额2.0万元申请者姓 名敏世雄性别男出生年月1979年9月民 族回专业技术职务讲师学位硕士专业物理化学工作单位名 称河西学院化学系性 质A. 高等院校 B. 科研机构 C. 其它所在地甘肃省张掖市（地、州、市）隶属关系甘肃省详细地址甘肃省张掖市北环路87号河西学院化学系项目组合作单位数总人数高 级中 级初 级博士后博士生硕士生辅助人员72513研容究和项意目义主摘要要内制备几种窄带隙导电聚合物敏化无机半导体TiO2纳米复合光催化材料；用透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、X-射线衍射（XRD）、红外光谱（IR

20、）、X光电子谱（XPS）、电子顺磁共振（ESR）等技术对材料的尺寸、形貌、相结构、导电聚合物的电子结构、导电聚合物与无机半导体之间的相互作用进行表征；利用染料亚甲基蓝(MB)和含苯酚的有机废水等在其上的光催化降解来研究它们光催化性能，建立复合材料结构与光催化性能的关系。其目的是为该类材料在有机污染物的光催化处理方面提供理论依据，探索该类材料成为新型、高效和环保型光催化剂的可能性，拓展可见光响应光催化材料的类别和品种。预成期果研摘究要1. 开发出几种新型、高效和环保的导电聚合物敏化TiO2纳米复合光催化材料。2. 寻找出合成方法、工艺条件、复合材料结构与催化性能的关系，为导电聚合物敏化TiO2纳

21、米复合材料在光催化领域的应用提供基础的实验依据和理论指导。3. 项目完成后，在3300种杂志及国内核心期刊上发表35篇研究论文。简 表 填 写 要 求 简表内容以后要输入电子计算机，务必采用国家公布的标准化汉字，并严格按规定填写。凡选择性栏目，请在提示字符A、B、C。 上打“”； 其余栏目按如下说明填写： 项目名称要确切反映申请资助期内的研究内容，字数最多不超过25个汉字 所属学科请按国家自然科学基金申请项目分类目录的最低层次学科领域和计算机代码填写。 起止年月申请资助年限最长不要超过三年，起始时间从申请的次年一月算起。 申请者如系两人以上联合申请的项目，只填第一申请者的情况；其他申请者可在表

22、三“在本项目中的分工”栏注明。 申请金额用阿拉伯数字填写。 专业技术职务（职称）实行专业技术职务聘任制的单位填写专业技术职务（包括待聘职务），未实行专业技术职务聘任制的单位填写技术职称。 专业指所学专业或长期从事研究的专业。 所在单位名称须按单位公章填写全称。隶属关系指申请者所在单位隶属的有关部委、厅局或地、州、市。 合作单位数指研究项目组主要成员所在单位数，包括主持单位。申 请 项 目 经 费 预 算 表表二申请资助总金额(万元)2008年2009年2010年年年2.01.00.50.5其他经费来源及金额（元）预算支出科目（按1.实验材料费2.科研业务费3.实验室改装费.4.协作费5.管理费

23、的顺序填写）金 额（万元）计 算 根 据 及 理 由实验材料费1.0试制微型流动或间歇式光催化反应器、特殊光源、高分子单体（苯胺、噻吩、吡咯）、P25及其他耗材等。科研业务费1.0SEM,TEM,XPS,ESR,IR,XRD,UV-vis等测试；国内、国际学术会议等；文献检索、论文发表及调研费.实验室改装费0.0协作费0.0管理费0.0填写说明:1.实验材料费 ：指科研用消耗性材料、试剂、药品等购置费，标本、样品采集加工和运杂、包装费。2.科研业务费：包括动力设备和燃料试验所需的动力、燃料费，实验用动、植物购置和种植、养殖费，计算、测试、分析费（使用本单位设备应不收或只收消耗费），本项目必须的

24、学术会议费、业务资料费，报告、论文印刷费，科考调研费以及野外考察临时工劳务费。不包括国际合作、交流费用。3.协作费：指根据协议书应支付给外单位的协作费。没有签定协议的不得支付。4.管理费：不超过资助金额的2.5%，每项最高额不得超过1千元，分年度支出，由单位统一掌握。5.资助项目批准已发生的支出，不得列入。研 究 项 目 组 成 员 登 记 表表三姓 名性别年龄专业技术职务专业工作单位在本项目中的分工每年用于本项目工作的月数签 章敏世雄男28讲师物理化学河西学院化学系材料的合成和表征10岳国仁男教授有机化学河西学院化学系材料合成方案设计4安红钢男教授无机化学河西学院化学系催化实验方案设计4佟永

25、纯男28讲师物理化学河西学院化学系材料合成及表征10王芳女27讲师有机化学河西学院化学系材料的合成10杨自嵘男31讲师物理化学河西学院化学系光催化性能研究10冯雷男33中级实验师有机化学河西学院化学系文献跟踪6一、本研究项目的科学依据和意义（包括科学意义和应用前景，国内外研究状况、水平和发展趋势，学术思想，立论根据，特色或创新之处，主要参考文献目录和出处）随着经济的发展和人们生活水平的提高，工业废水和生活污水的排放量有增无减，废水处理对于改善环境、节约水资源、维持生态平衡和实现可持续发展均关系重大。与发达国家相比，我国的水环境污染形势极其严峻，约有一半以上的废水未经处理即排放到江河湖海中，严重

26、污染环境，综合考虑可持续发展和环境保护的关系，亟需开发新型、高效的环保型催化剂以及低能耗、处理方便的废水处理技术。自1972年日本研究者Fujishima和Honda等1发现TiO2单晶电极在光照条件下能催化分解水产氢以来，TiO2作为一种稳定、无毒、高效的半导体材料在环境和能源方面得到了广泛的研究和应用2, 3。但是，TiO2在实际应用中也存在一些缺陷，主要表现在：（1）TiO2的带隙较宽，因此对光的吸收仅限于在外区（400 nm以下），而到达地面的太阳光中所含的紫外光不足5 %，这就极大地限制了对光能，尤其是太阳能的利用。因此，能耗高，难以大规模应用。（2）光激发产生的光生载流子的复合率高

27、，导致量子效率很低而严重影响TiO2的光催化效率。因此，研究如何拓展其光谱响应范围、提高光生电子-空穴对分离效率已成为提高TiO2光催化活性与效率的重大课题。为了了解这一过程的机理和提高TiO2的光催化效率，三十多年来，在物理、化学以及化工等领域进行了大量的研究工作，并取得一定进展。目前国内外有关TiO2光催化的研究主要集中在：通过掺杂或表面修饰等方法拓宽TiO2的光谱响应范围、提高光催化量子效率、催化剂有效担载与工业应用等方面。对于TiO2无机改性的研究主要通过贵金属沉积4、金属离子5, 6和非金属离子掺杂7, 8、窄带隙半导体复合等途径9，进行表面、体相结构修饰及其能带调节，达到将其吸收范

28、围拓展到可见光区，并同时提高光催化量了效率的目的，然而，迄今尚未有根本性的突破，难以达到实际应用的要求。90年代初期，Grtzel的研究小组10首次采用联吡啶钌染料敏化的纳米尺度TiO2 多孔膜作为太阳能的光阳极，其光能吸收和电荷传输分别由染料和半导体承担，避免了窄禁带半导体易被光腐蚀和宽禁带半导体可见光能损失大的问题，且激发染料传导到外电路的多数是载流子，降低了复合几率，大大提高了该电极的光电转换效率。以此为开端，国内外研究者11, 12利用染料乃至混合染料对TiO2的修饰进行了大量研究，使TiO2对光谱的响应拓宽到整个可见区，进一步的提高了电极的光电转换效率。尽管人们在光催化剂表面的染料光

29、敏化方面作了一系列富有成果的工作，但仍面临着光电转化效率低的问题。这主要是由于染料敏化方法存在着光敏化剂选择和制备比较困难、难回收、稳定性差（易溶解和光降解）等缺点，使这类复合材料的制备和其在光催化领域的应用受到很大程度的限制。与有机光敏化染料相似，由于主链上p电子的高度离域，多数导电聚合物在整个紫外-可见和近红外光区有较强烈的吸收，同时还具有类似于无机半导体的能带结构，在能量大于其带隙能的辐射下产生光生载流子。当其与无机半导体复合后，其导带位置大多位于无机半导体导带之上，其导带上的电子容易注入到无机半导体的导带，使光生电荷有效分离，从而提高了TiO2光电转化效率13, 15, 16, 18。

30、近年来，国内外研究者13-18分别采用共轭聚合物如聚苯胺、聚噻吩、聚吡咯及其衍生物对纳米TiO2 多孔膜电极进行敏化，发现敏化后电极的起始吸收波长发生了明显的红移(600 nm)，且对可见光的吸收增强，从而使TiO2 多孔膜电极的光电转换效率明显提高。与染料敏化的电极相比，该类电极材料的稳定性明显提高。因此，导电聚合物可以成为染料良好的替代品，从而可以拓宽该类材料在其他方面的应用范围。众所周知，光电转化与光催化具有一定的共性，如用作光电转化与光催化的材料，首先要用能量大于至少等于其禁带宽度的辐射激发产生光生电荷，分离后的电荷在回路中形成电流实现光电转化，在催化剂的表面甚至扩散层乃至溶液中引起氧

31、化还原反应而实现光催化。光电转化和光催化效率的高低取决于光谱响应范围和光生电荷的分离等因素。受前人对导电聚合物与无机半导体复合材料光电转化性能研究的启发，本课题组大胆地将该类复合材料用作染料废水处理的光催化材料。通过前期的研究我们已经对导电聚合物敏化TiO2纳米复合材料的结构与光催化性能间的关系有了初步的了解19, 20。对于已经制备的聚苯胺敏化TiO2纳米复合材料的研究发现，聚苯胺敏化可以有效地拓宽纯TiO2的光谱响应范围，使复合材料在整个紫外到可见光区(=190800 nm)都有很强的吸收，而且对光生电子-空穴对有较高的分离效率。光催化实验结果表明，该材料能够在室温、自然光、和空气氧等温和

32、条件下，在较短的时间内使染料分子大部分降解，催化性能远优于纯TiO2。按照一定比例复合得到的聚苯胺敏化TiO2纳米复合微粒较TiO2的催化性能更为优良。为此，本项目将在前期工作的基础上，通过对窄带隙导电聚合物与TiO2的纳米复合材料的合成和催化性能的研究，探索导电聚合物敏化TiO2的纳米成为光催化材料的可能性，开发出一系列性能优异的、节能和环保型的光催化材料，为这类材料在有机污染物的光催化处理提供理论指导和实验依据。本项目的创新点在于（1）揭示导电聚合物敏化无机半导体纳米复合材料结构与光催化性能的关系，首次将导电聚合物敏化的TiO2纳米复合材料成功地用作光催化材料，对于导电聚合物/无机半导体纳

33、米复合材料光催化性能的研究具有原始创新性；（2）探索导电聚合物敏化无机半导体纳米复合材料的光催化性能以及该类材料成为新型可见光响应光催化材料的可能性；（3）拓展可见光响应光催化剂的类别和种类。主要参考文献：1. Fujishima A, Honda K. Nature., 1972, 238:37-39.2. Legrini O, Oliveros E, Braun A M. Chem. Rev., 1993, 93(20): 671-698.3. Hoffmann M R, Martin S T, Choi W, et al. Chem. Rev., 1995, 95(1): 69-96.4

34、. Sung-Suh H M, Choi J R, Hah H J, et al. J. Photochem. Photobiol. A. Chem., 2004, 163(1-2):37-44.5. Choi W, Termit A, Hoffmann M R. J. Phys. Chem., 1994, 98(51):13669-13679.6. 刘畅, 暴宁钟, 杨祝红, 等. 催化学报., 2001, 22(2):215-218.7. Asahi R, Morikawa T, Ohwaki T, et al. Science., 2001, 293(5528):269-271.8. U

35、mebayashi T, Yamaki T, Tanaka S, et al. Chem. Lett., 2003, 32 (4), 330-331.9. Bessekhouad Y, Robert D, Weber J V. J. Photochem. Photobiol. A. Chem., 2004, 163(3):56958010. Regan B , Grtzel M. Nature., 1991, 353(737-740):737-740.11. Ehret A L, Stuhl L, Spitler M T. J. Phys. Chem. B., 2001, 105(41):99

36、60-9965.12. 李卫华, 郝彦忠, 王艳芹, 等. 应用化学., 1999, 16(1):1-6.13. Yanaida S, Senadeera G K R, Nakamura K, et al. J. Photochem. Photobio.A: Chem., 2004, 166(1-3):75-80.14. Senadeera G K R, Kitamura T, Wada Y, et al. J. Photochem. Photobiol. A. Chem., 2004, 164(1-3):61-6615.黄怀国, 张红平, 郑志新, 等. 电化学., 2001, 7(2):1

37、55-160.16. 柳闽生, 郝彦忠, 乔学斌, 等. 电化学., 1998, 4(3):246-251.17. Luzzati S, Basso M, Catellani M, et al. . Thin Solid Films., 2002, 403-404:52-56.18. 柳闽生, 杨迈之, 郝彦忠, 等. 高等学校化学学报., 1997, 18(6):938-942.19. Min Shixiong, Wang Fang, Han Yuqi. J. Mater. Sci. 2007, 42: 9966-9972.20. Wang Fang, Min Shixiong. Chine

38、se Chemical Letters. 2007, 18: 1273-1277.二、 研究内容和预期成果（说明研究项目的具体内容并明确重点解决的科学问题，预期成果和提供的形式。如系理论成果，应写明在理论上解决哪些问题及其科学意义如系应用性成果或基础性资料，应写明其应用前景）研究内容：1. 制备几种窄带隙导电聚合物敏化TiO2纳米复合材料。2. 用TEM、SEM、XRD、IR、UV-vis、XPS和ESR等技术研究导电聚合物敏化TiO2纳米复合材料的粒度、表面形态、相结构、化学结构、电子结构、光吸收特性。3. 分别以紫外光、可见光作激发源，由染料和含苯酚废水在各种复合材料上的光催化降解进行光催

39、化活性的评价。通过对于不同合成方法下合成的、两相不同配比的复合材料光催化性能的研究搞清两相之间的相互作用对光催化性能的影响。4. 通过研究重复使用性能来研究该类光催化剂材料的稳定性。5. 研究催化剂投加量、染料初始浓度、溶液初始pH值、添加剂等对催化剂性能的影响。6. 检测催化剂在反应过程中的红外光谱和染料在降解过程中UV-vis光谱特征，必要时借助高效液相色谱对不同降解程度的产物进行分析，从而进行降解机理的初步探讨。7. 根据合成方法、工艺条件、结构对催化活性的影响初步建立结构与催化活性的关系。重点解决的科学问题：1. 解决导电聚合物对TiO2的有效包覆和在TiO2高分子基体中的均匀分散，增

40、加两相之间的界面接触面积。2. 确定导电聚合物敏化TiO2纳米复合材料的光催化性能，在不同层次和水平上，分析评价复合材料的光催化性能。预期成果：1. 开发出几种新型、高效和环保的导电聚合物敏化TiO2纳米复合光催化材料。2. 寻找出合成方法、工艺条件、复合材料结构与催化性能的关系，为导电聚合物敏化TiO2纳米复合材料在光催化领域的应用提供基础的实验依据和理论指导。3. 项目完成后，在3300种杂志及国内核心期刊上发表35篇研究论文。应用的可能性及效益：导电聚合物敏化TiO2纳米复合材料可望成为新型可见光响应光催化材料，以其低能耗、高效和工艺没有环境污染将在有机污染物的环保处理方面具有广阔的应用

41、前景，产生良好的社会效益和经济效益。三、拟采取的研究方法和技术路线（包括研究工作的总体安排和进度，理论分析、计算、实验方法和步骤及其可行性论证，可能遇到的问题和解决办法）研究方法：1. 采用化学原位分散聚合法和两相溶液共混法制备具有高光催化活性的导电聚合物敏化TiO2纳米复合材料。2. 利用各种现代测试技术对复合材料进行表征，建立导电聚合物敏化TiO2纳米复合材料结构和性能的关系。 (a). 用TEM、SEM和XRD研究复合材料的粒度、导电聚合物在TiO2的表面状态、相结构和微观结构。(b). IR、XPS和ESR等技术研究导电聚合物以及导电聚合物敏化TiO2纳米复合体系的结构（包括聚合物的电

42、子结构和复合材料结构等）、TiO2对导电聚合物结构的影响，以及两相之间的相互作用等；复合材料ESR特性能够提供导电聚合物电子结构和复合材料电子结构的特征信息，这有助于对材料光催化性能的研究。(c). 用UV-vis研究复合材料的光吸收特性，为催化实验过程中光源的选择提供依据。3. 以不同的光源为激发源，以染料和含苯酚废水在导电聚合物敏化TiO2纳米复合材料上的光催化降解评价该类材料的光催化性能， 综合分析评价不同配比、不同工艺条件合成的复合材料的光催化性能。技术路线：1. 以P25（德国Degussa公司）、溶胶-凝胶法制备的具有不同晶型的超细纳米TiO2粒子、高分子单体苯胺、噻吩和吡咯为原料

43、，以化学原位分散聚合法和两相溶液共混法合成聚苯胺、聚噻吩和聚吡咯敏化TiO2纳米复合材料。2. 结构表征(a). 采用SEM和TEM（HRTEM）对材料的形貌进行观察，比较两种制备方法对材料形貌的影响，结合光催化实验，优化制备条件。(b). 采用IR、XRD等对材料的化学结构和相结构进行表征。(c). 采用XPS和ESR等获得材料的结构信息（核壳或杂化）、导电聚合物的电子结构以及复合材料的电子结构信息。2. 光催化活性评价(a). 选取染料亚甲基兰（MB）、甲基红（MR）和苯酚，配制一定浓度的染料和含苯酚废水。(b). 明确光源、反应气氛、废水浓度、复合材料中两相配比和催化剂投加量，进行光催化

44、反应。(c). 用分光光度计在染料的最大吸收波长处和4-氨替吡啉显色法检测染料和含苯酚废水在复合材料上的脱色和降解；建立光催化反应动力学模型。反应结束，采用染料废水在降解过程中UV-vis光谱特征，苯酚废水在反应过程中COD和TOC的检测，必要时借助高效液相色谱对不同降解程度的产物进行分析，从而进行染料和含苯酚降解机理的初步研究。(d). 通过对不同水平和不同层次上光催化性能研究，优选出复合材料的最佳制备方法和光催化实验的最佳条件，结合材料的表征，建立复合材料结构和性能的初步关系。可行性论证：导电聚合物敏化TiO2纳米复合材料在光催化领域的延伸将成为有机无机纳米复合材料研究的一个重要方向。导电聚合物敏化TiO2纳米复合材料结构与光催化活性的关系研究亟待深入。前期工作已证实了导电聚合物对TiO2敏化拓宽其光响应范围和提高光催化活性的作用，积累了一定的研究经验，基本解决了材料的制备、结构和性能之间关系的问题。本项目以导电聚合物作为稳定的TiO2光敏化剂的研究有助于该类材料向光催化领域的延伸。申请者近年来的主要工作集中在纳米光催化方