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上海硅酸盐所实现具有有效灰霾净化和污水处理功能的黑色二氧化钛的规模制备
2018-01-19 16:20:25 | 【 【打印】【关闭】

  经过三十多年的发展,二氧化钛(TiO)光催化剂已广泛应用于室内空气净化、污水处理等领域,可消除汽车尾气中25%-45%氮氧化物,也可用于减少灰霾中的PM2.5悬浮颗粒物,成为最重要的环境保护材料。然而,本征TiO2的带隙过大(Eg = 3.2 eV),只能吸收占整个太阳光谱5%的紫外光,导致无法发挥其光催化的潜力。可见光响应型的TiO2长期以来受极大的关注,然而其制备极具挑战。直到2011年美国Xiaobo ChenSamuel Mao等科学家创新地在低温高压氢气下制备出太阳光吸收高达30%的黑色二氧化钛,光催化特性极佳(Science 2011, 331, 746-750)。自此,兼具高太阳光吸收和超高光催化的黑色二氧化钛,成为了学术界和工业界的前沿热点材料。发展黑色TiO2的大规模制备技术,又成为该材料的应用难点。 

  中国科学院上海硅酸盐研究所黄富强研究团队自2012年初开展黑色二氧化钛的研究,是国内最早起步的团队之一。通过与北京大学的研究团队合作取得系列创新成果。研究者们基于电子结构的带阶设计,利用热力学原理,发展出氧空位产生、二步元素掺杂的制备黑色氧化钛的新方法,获得原创的具有<结晶核@非晶壳>结构的黑色纳米TiO2,实现了宽太阳光谱响应、高载流子分离迁移率、以及功函数可调等特性,光吸收覆盖整个太阳光谱的90%(远优于报道的30%),解决了非金属元素高浓度掺杂的科学难题。作为重要组成部分的该系列研究成果已通过2017年国家自然科学二等奖会评。J. Am. Chem. Soc.Adv. Mater.Energy Environ. Sci.等期刊上发表论文26,他引3100余次,4篇文章入选ESI高被引论文;受邀为Chem. Soc. Rev.Adv. Energy Mater.期刊等撰写综述论文。 

  上海硅酸盐所研制的黑色二氧化钛被《Chemistry Views》专评题为Titania: Black is New White”(译文:二氧化钛黑色是新白);原创的新制备,被黑色TiO2的发现者XiaoBo Chen教授高度评价为,具有“breakthroughs”(译文:突破性)、可规模生产,极大地推进了实用化和商业化。上海硅酸盐所的研究者经过多年深入的工程化研究,现已掌握了具备50/年生产能力的工艺技术方案。部分产品已经销往加拿大、香港、沙特等的国际科研单位和公司。黑色二氧化钛可为高效利用太阳能等可持续发展的清洁能源新技术提供新型材料,其大规模生产的成功研发及其优异的可见光利用特性,验证了太阳光催化在环境保护领域中的可行性。黑色二氧化钛以及制备技术,已经申请发明专利10项、国际专利1项。 

  代表性论文: 

  Chemical Society Reviews 2015, 44, 1861-1885;  

  Advanced Energy Materials 2016, 201600452;  

  Journal of the American Chemical Society 2013, 135, 1783117838 

  Journal of the American Chemical Society 2014, 136, 419–426 

  Advanced Materials 2010, 22, 3719-3722 

  Energy & Environmental Sciences 2013, 6, 3007-3014 

  Energy & Environmental Sciences 2014,7, 967-97 

  Advanced Functional Materials 2010, 20, 509-515 

  Advanced Functional Materials 2013, 23, 5444-5450 

  Chemistry - A European Journal 2013, 19, 13313-13316 

  ACS Applied Materials & Interfaces 2016, 8, 122-127 

  ACS Applied Materials & Interfaces 2016, 8, 27654-27660 

  ACS Applied Materials & Interfaces 2016, 46, 31716–31721 

  Journal of Materials Chemistry A 2013, 1, 9650–9653 

  Journal of Materials Chemistry A 2014, 2, 8612-8616 

  Journal of Materials Chemistry A 2016, 4, 15698-15704 

  Dalton Transactions 2017, 46, 1047-1051Nanoscale 2016, 8, 4705-4712 

  Catalysis Communications 2015, 60, 55-59ChemElectroChem 2017, 4, 2328–2335 

  ChemCatChem 2015, 7, 2614-2619ChemCatChem DOI: 10.1002/cctc.201701130 

  Journal of Alloys and Compounds 2017, 701, 669-675RSC Advances 2015, 5, 85928 

  Chemistry Select, 2017, 2, 2822-2827Journal of Power Sources 2016, 325, 697-705 

  Chemical Journal of Chinese Universities 2015, 36(11), 2099-2114 

 

上海硅酸盐所研制的黑色二氧化钛高效光催化降解有机物

 

原创方法制备的黑色TiO2具有<结晶核@非晶壳>结构 

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