2021年CAIA獎一等獎：新型可見光響應光催化材料的分析方法與應用
完成單位：中國石油大學（北京），清華大學化學系
完成人：王雅君，姜桂元，朱永法，趙震，徐春明，李宇明，崔國慶
成果簡介：
光催化技術可利用太陽能降解環境污染物、制備清潔燃料和化學品，是能源與環境領域的研究前沿。針對當前光催化材料活性低、礦化度差、可見光利用率低等關鍵科學問題，本項目通過表界面調控建立了提高光催化活性的新方法，并以表界面分析方法（X射線光電子能譜、原位X射線光電子能譜、紅外光譜、原位紅外光譜等）為主要研究手段，對光催化材料性能提高的機理進行系統、深入研究，取得了系列創新成果：提出共軛π分子表面雜化作用機制，建立提升光催化活性及光利用效率的新方法；發展精確調控界面電荷的新策略，為提高光催化活性提供新思路；綜合運用光催化協同的減污降碳技術，構建高效經濟的耦合凈化技術。本項目研制的系列光催化產品已應用于多個環境污染物凈化場景，取得了優異效果。在Energy Environ. Sci., Adv. Mater., Appl. Catal. B-Environ., J. Mater. Chem. A 等本領域高水平期刊上發表論文33篇，7篇論文入選ESI高被引論文，論文總引用4284次，單篇論文最高引用884次。授權發明專利7項，為開發高能效高活性的新型可見光催化劑提供了理論基礎和技術支撐。
創新點及科學價值：
（1）提出共軛π分子表面雜化作用機制，建立提升光催化活性及光利用效率的新方法。
（2）發展精確調控界面電荷的新策略，為提高光催化活性提供新思路。
（3）綜合運用光催化協同的減污降碳技術，構建高效經濟的耦合凈化技術。
社會經濟效益：
光催化效率低和可見光利用率低的問題是光催化技術在實際應用中所面臨的巨大挑戰，本項目通過表面雜化和界面電荷調控，研制出了石墨/TiO2、C3N4/ZnO、C3N4/Bi2WO6等雜化光催化劑，授權發明專利7項。建立了制備高活性高能效可見光響應光催化材料的新方法，揭示了光催化劑組成與結構的協同調控機理，有效提高了異質結光催化劑的光催化降解性能。將光催化技術與高級氧化技術耦合，為開展光催化產業化應用開辟了新方向。在固廢資源化二次污染控制、工業廢氣廢水處理、室內空氣凈化等多個方面得到了應用，取得優異的實用效果。
應用前景：
本項目為開發高能效高活性的新型可見光催化劑提供了理論基礎和技術支撐。產品可進一步應用于新風系統、河道治理、工業廢氣處理等領域，推動光催化環境凈化產業的發展。
