在國家自然科學(xué)基金委、科技部以及中科院的支持下，中國科學(xué)院化學(xué)研究所分子納米結(jié)構(gòu)與納米技術(shù)院重點實驗室專家白春禮院士、萬立駿研究員領(lǐng)導(dǎo)的課題組，在納米功能材料研究領(lǐng)域取得一系列進展，他們以環(huán)境和能源需求為研究背景，繼在燃料電池催化劑研究方面，利用簡單、低能耗的方法開發(fā)出高效的金屬納米空心球催化劑之后，又在半導(dǎo)體光催化劑研究領(lǐng)域取得新成果。

    與有機污染物和有毒水污染物相關(guān)的環(huán)境問題一直是環(huán)境保護及環(huán)境恢復(fù)領(lǐng)域備受關(guān)注的課題。半導(dǎo)體光催化劑具有高效率和潛在的廣泛應(yīng)用性，成為能從環(huán)境中降解并除去有毒化學(xué)污染物的最有效途徑之一。因此，采用簡單且經(jīng)濟有效的方法制備高表面積的半導(dǎo)體光催化劑，提高其催化活性和工業(yè)應(yīng)用性是當(dāng)前的研究熱點之一。

        

        

    該課題組一直致力于開發(fā)和制備具有新穎結(jié)構(gòu)和優(yōu)異性能的半導(dǎo)體納米材料的研究工作。已經(jīng)利用簡單的一步溶液相界面組裝技術(shù)制備出半導(dǎo)體復(fù)合(TiO2/CdS)納米空心球材料，并且基于模板合成技術(shù)，成功地制備出TiO2半導(dǎo)體及其與金屬或半導(dǎo)體復(fù)合(TiO2/Au、TiO2/CdS)的納米管陣列材料。這些材料具有優(yōu)異的光學(xué)性質(zhì)，有望在光電材料和光催化領(lǐng)域具有新的應(yīng)用。

    最近，該課題組又在新型半導(dǎo)體納米材料光催化劑領(lǐng)域取得了重要的研究成果，發(fā)展了一種利用自組裝技術(shù)制備具有高表面積的半導(dǎo)體ZnS光催化劑的方法。所制備的ZnS材料是一種直徑約為60納米的具有多孔的納米顆粒結(jié)構(gòu)，每個納米顆粒由許多個直徑僅為3至5納米的粒子構(gòu)筑單元自組裝而成，具有納米級孔道的結(jié)構(gòu)(圖1)。這種由幾納米的粒子構(gòu)成的納米孔顆粒在光催化領(lǐng)域具有許多優(yōu)點。例如，具有很高的比表面積，可以達到150克/平方米的量級；具有很高光催化活性，實驗表明這種新穎結(jié)構(gòu)的ZnS材料對模型系統(tǒng)—染料曙紅(四溴螢光素,一種有機染料)的光降解—表現(xiàn)出比納米晶材料和商用二氧化鈦納米顆粒更高的光催化活性(圖2)；催化基元是尺寸量子化的納米晶，具有高的氧化還原電勢，提高了光催化反應(yīng)的速度；既有效地防止了尺寸量子化的納米晶的進一步聚集，又比納米晶更容易分離和回收；具有良好的分散性，在反應(yīng)過程中不需要攪拌，降低了能耗；制備方法簡單、經(jīng)濟，可以大規(guī)模地合成。

    ZnS半導(dǎo)體光催化劑不僅可以用于有機污染物的降解，而且可以用于諸如從水中制氫、CO2的光還原、有機光合成、醛及衍生物的光還原、鹵代苯脫鹵，以及水中有毒重金屬離子的光還原等的許多光催化領(lǐng)域。該研究為高表面積和高活性光催化劑的制備及其在光催化領(lǐng)域的應(yīng)用開辟了新思路和方法，研究成果已發(fā)表在近期的國際權(quán)威雜志德國《應(yīng)用化學(xué)》上。