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方向一:光催化工程技术与应用

来源:生物工程与环境科学系

  环境污染和能源短缺是人类面临且亟待解决的重大课题。光催化技术可以将低密度的太阳能转化学能和电能,从而实现有机污染物的降解、分解水产氢和还原CO2产碳氢燃料。由于光催化技术利用的是取之不尽的太阳能,而且还能实现环境污染治理和清洁能源供应双重效益,因此,它对解决上述两大瓶颈问题具有重要意义。各国政府都非常重视光催化技术研究,它已成为学术研究领域的前沿和产业发展的热点。我国每年在光催化研究领域发表的SCI论文数世界第一,已抢占了该研究领域的制高点。光催化产业在我国被列入国家当前优先发展的高技术产业化重点目录,并呈现出蓬勃发展之势,每年以13%的速度增长,2013年国内市场规模已达到180亿元。我省也同样面临水体污染、室内外空气污染和能源自给不足等问题,开展光催化工程技术的研究与应用,符合我省战略性新兴产业发展规划,对我省保护自然生态环境和保障能源供给安全具有重要意义。

  然而,制约目前光催化技术应用的关键科学问题,是光催化剂的量子效率低下和对可见光的利用率不高。同时,与光催化技术匹配的工程装备研发滞后则是制约光催化产业发展的瓶颈。针对上述问题,本方向重点开展了以下三个方面的工作。(1)具有高量子效率和可见光响应的新型光催化材料的基础理论研究。该研究先后制备了稀土金属元素掺杂的连续多孔二氧化钛纤维、具有良好可见光响应性能的银系、铋系和铟系光催化材料,相关论文发表在J. Mater. Chem. A(IF=7.443)、Appl. Catal. B-Envron.(IF=7.435)和Catal. Commun.(IF=3.699)等国际著名刊物上,其研究成果获省自然科学成果奖; (2)光催化净化室内空气的技术研究与产品开发。该研究重点开发具有光催化除甲醛性能的光触媒生产技术、光催化剂竹炭负载技术以及与空气净化器匹配的光催化组件,先后获授权发明专利6项、开发室内甲醛净化新产品5个。(3)积极探索产学研合作新模式,努力促进人才培养、技术创新和产业培育。学科通过建设"环境材料开发与应用技术"省大学生创新训练中心,促进创新创业人才的培养; 通过与远大空品科技有限公司成立了校企共建光催化工程技术中心,促进光催化的技术创新和成果转化; 通过与长沙市名匠装饰设计工程有限公司合作开展了新装修居室内甲醛的检测与治理示范,以推动光催化技术的产业化进程。以本研究方向为基础,先后成功申报了"光催化工程技术"省高校科技创新团队、"环境光催化应用技术"省重点实验室和"环境和能源光催化"省2011协同创新中心,在国内光催化研究领域产生了重要影响,展现了服务我省环境污染治理和能源供应安全的特色。

 

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