在國家自然科學(xué)基金和國家重點實驗室課題的支持下，中科院過程工程所王丹研究員科研團(tuán)隊近期利用水熱法使二氧化鈦（TiO2）與石墨炔（GD）通過Ti-O-C形成復(fù)合材料，表現(xiàn)出比純TiO2、TiO2-碳納米管以及TiO2-GR（石墨烯）復(fù)合材料更優(yōu)越的光催化性能。該發(fā)現(xiàn)對高效光催化劑設(shè)計與開發(fā)具有重要意義。
利用半導(dǎo)體光催化氧化處理各種污染物是一種環(huán)境治理的有效方法。TiO2被認(rèn)為是最具應(yīng)用潛力的半導(dǎo)體光催化劑，然而其光吸收僅限于紫外區(qū)，且光照后產(chǎn)生的電子與空穴易于復(fù)合而失去活性。為抑制復(fù)合，除傳統(tǒng)的摻雜及共吸附，碳材料作為電子的良受體也吸引了大家的目光，GR已被證明可有效抑制復(fù)合。最近，碳家族又增加了新成員GD，一種由1,3-二炔鍵將苯環(huán)共軛連接形成平面網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的全碳分子，具有大的共軛體系和寬面間距。
在以往成果的基礎(chǔ)上，該團(tuán)隊計算了TiO2與二維碳材料復(fù)合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)與電子特性。結(jié)果表明，TiO2-GD復(fù)合物的電子結(jié)構(gòu)、電荷分離和氧化能力都優(yōu)于純TiO2和TiO2-GR復(fù)合物，是一種極具應(yīng)用潛力的光催化劑。通過實驗進(jìn)一步驗證了理論計算結(jié)果，在光催化降解亞甲基藍(lán)的實驗中，TiO2-GD的降解反應(yīng)速率常數(shù)是純TiO2的1.63倍，是TiO2-GR的1.27倍。