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讀博成果:10多種光催化劑

2019-02-14 02:31張俊磊
大學生 2019年1期
關鍵詞:氧化鈦鉬酸光催化劑

張俊磊

黨的十九大報告指出,從2017年到2020年,是全面建成小康社會決勝期,“特別是要堅決打好防范化解重大風險、精準脫貧、污染防治的攻堅戰(zhàn)”。報告還以較大篇幅,講述了要“加快生態(tài)文明體制改革,建設美麗中國”,把“著力解決突出環(huán)境問題”作為一個要點。

2016年,我從東華大學碩士畢業(yè),考入復旦大學環(huán)境系讀博士。在馬臻教授的指導下,我做了一個課題——光催化降解廢水中有機污染物。很多印染廠、藥廠會產生含有染料、藥物的廢水,如果這些廢水未經處理而被排放出去,就會造成嚴重的環(huán)境污染。雖然傳統(tǒng)的吸附法、生物法、化學法能處理廢水,但近年來光催化劑(在光子的激發(fā)下能夠起到催化作用的化學物質)因高效、節(jié)能,引起更多重視。

目前市場上常用的光催化劑是氧化鈦。氧化鈦只能被紫外線激發(fā),而不能有效利用太陽光中大部分可見光,因此人們不得不使用額外的紫外燈來激發(fā)它,這會構成資源的浪費?;诖耍蚁腴_發(fā)可以充分利用太陽光的光催化劑。我仔細研究了現(xiàn)有的鉍基半導體、銀基半導體、石墨相氮化碳等光催化劑,發(fā)現(xiàn)這些光催化劑在可見光下降解污染物的效果并不好。就是說,反應好幾十分鐘了,還不能完全降解污染物。

為了提高光催化劑的性能,我一有空就坐在電腦前追蹤最新的文獻,試圖找尋新的實驗靈感。我看到一些文獻說鉬酸鉍和另一種半導體組合在一起,可以形成能在可見光下處理廢水的異質結光催化劑;我又看到一些文獻提到,把氧化銀和別的半導體組合在一起,也能形成異質結光催化劑??墒?,把鉬酸鉍和氧化銀組合在一起的例子卻未見任何報道。于是,我懷著好奇心,把含有鉬酸鉍和氧化銀的異質結光催化劑合成了出來,測試它降解工業(yè)染料廢水的性能。結果顯示,該異質結催化劑在可見光照射下,廢水中的有機染料在幾十分鐘內能夠被有效地去除,而且,催化劑在8次循環(huán)使用后依然能夠保持良好的光催化活性。

即使得到這么好的催化降解效果,我還得研究清楚——為什么這種催化劑的效果好?反應過程中的活性物種是什么?反應機理是什么?為此,我還做了很多后續(xù)測試,比如:紫外-可見漫反射、光電流密度、電化學阻抗、光致發(fā)光光譜、電子順磁共振等。結合這些測試結果以及半導體能帶理論,我進一步提出了這種新型光催化劑的光催化反應機理。讀博期間,我共研制出十多種新穎的、能夠高效處理水中有機污染物的光催化劑。

就在這一奮進求學的階段,我也見證了我們學科做的發(fā)展變化。馬老師告訴我,1996年我們環(huán)境系剛建立時,只有幾位教授,“龜縮”在一幢老樓里。每個老師做的科研也沒有什么章法,想做啥就做啥。而如今,環(huán)境系已經有88位在編教師,搬到了坐落于新校區(qū)的面積達2萬多平方米的環(huán)境科學樓。在研究領域和方向上,學院更強調學科發(fā)展和頂層設計,要契合我國環(huán)保需要,解決大氣污染、水污染、固體廢棄物污染等環(huán)境問題。我們系有很多老師申請到了環(huán)境保護大項目,馬老師也加入了上海高校高峰高原學科建設團隊。今年,我們系的論文在《科學》雜志上實現(xiàn)了零的突破,我的博士同學有的在從事水污染機制研究,有的在處理流域水污染,有的在嘗試把秸稈、藥渣等固體廢棄物轉化為化學品,還有的在研究大氣污染機制,解決各種實際問題。

在這樣欣欣向榮的時代背景下,我更加明確了自己的職業(yè)之路——從事與環(huán)保、科研相關的工作。目前,我已經提前大半年完成了博士論文。馬老師給我推薦了國外導師,我準備沿著本專業(yè)方向深造后,回國任教。

責任編輯:曹曉晨

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