【所属领域】
能源环保
【技术背景】
随着工业化的快速发展，环境污染问题日益突出。磺胺类抗生素、酚类等持久性有机污染物引起的水体污染，二氧化碳与氮氧化物的大量排放产生的气候变暖与大气污染，成为当前社会可持续发展面临的重大问题。光催化技术由于可以直接利用可持续的太阳能驱动化学反应，而成为水/气环境净化和清洁能源利用的理想途径之一。因此，开发高性能的光催化剂意义重大。
【痛点问题】
环境中各类污染物存在浓度极低，其在催化表面的吸附是整个反应历程的关键。TiO2，ZnO，CdS，g-C3N4等材料是水/气环境净化中常见的光催化剂，但存在比表面积低、对污染物吸附能力弱，导致其水/气环境净化效率低。
【解决方案】
多孔聚合物中丰富的孔结构和较大的比表面积为污染物分子提供了丰富的吸附位点，大大提高了对水/气环境中低浓度污染物的吸附能力，通过吸附-光催化共同作用显著提高了水/气环境净化效率。本技术结合华中科技大学谭必恩教授关于超交联多孔有机聚合物的研究，引入多孔聚合物修饰纳米TiO2光催化剂，制得了具有丰富孔结构和较大比表面积的多孔复合光催化剂，其比表面积和微孔体积分别高达到800 m2g-1和0.30 cm3g-1以上，对废气中低浓度二氧化碳、氮氧化物与废水中磺胺类抗生素、酚类等污染物皆呈现出优异的吸附能力。可见光照射下，光催化还原CO2制CH4的产率达30 μmol g-1 h-1，其转化效率是近年来类似反应条件测试结果的最高值；对废水中低浓度磺胺嘧啶、对氯苯酚等有机污染物的吸附容量高达21.7 mg•g-1，是普通TiO2（1.4 mg•g-1）的15.5倍，100 分钟内可完全去除。上述催化剂还具备优异的稳定性，经多次重复使用后，光催化性能基本没有发生明显降低，具备优异的水/气环境净化处理的工业化应用潜力。
多孔聚合物修饰纳米TiO2光催化剂的微观结构图
多孔复合光催化剂还原CO2制取CO与CH4的生成速率对比
多孔复合光催化剂降解废水中磺胺类抗生素的效率对比
【应用场景】
空气净化器、城镇工业化污水处理以及农村水资源生态的修复。
【市场前景】
随着环境问题以及能源问题的日益突出，国家对环境治理力度的也不断加大，尤其是面向碳中和与城镇污水等问题，光催化技术是解决当前水/气污染的重要手段之一，同时也使得光催化材料行业获得了较大的发展。但光催化材料的产量依然不能满足我国日益增长的需求。根据市场调研分析，未来中国光催化材料的市场需求增速将保持在11.0%-14.3%之间，预计2022年，中国光催化材料需求量将超过9000吨。目前研发的新型多孔复合光催化剂的成本低，且效果显著，尤其是应用于处理低浓度水/气污染物，可较好的解决当前工业生产中废气（CO2、NOx）过度排放及工业污水处理和生态修复等问题。
【知识产权】
该成果已申请多项中国发明专利，下表是部分展示：
【合作方式】
技术许可、技术转让、作价投资、技术开发、服务咨询、面谈等
【专家介绍】
王靖宇，华中科技大学教授/博导，主要从事环境水/气净化的吸附剂与光催化剂以及燃料电池电极催化剂的研究。2007年7月博士毕业于武汉大学， 2007-2014年在哈尔滨工业大学工作，2011-2012美国芝加哥大学访问学者，2014年调入华中科技大学化学与化工学院。以第一或通讯作者在Nat. Commun.、Appl. Catal. B-Environ.、Environ. Sci. Technol.等期刊发表SCI论文50余篇，授权中国发明专利5件，出版《固体材料常用表征技术》。担任Front. Environ. Chem.期刊副主编与Chinese Chemical Letter青年编委。
谭必恩，华中科技大学化学与化工学院副院长、能量转换与存储教育部重点实验室副主任、二级教授、博士生导师，英国皇家化学学会会士（FRSC），国家有突出贡献中青年专家、国务院政府特殊津贴专家、教育部“新世纪优秀人才支持计划”入选者。国家自然科学奖、湖北省技术创新专项重大项目等会评专家。1996年进入华南理工大学材料学院攻读博士学位， 1999年获工学博士学位。1999年至2001年在北京航空材料研究院先进复合材料国防重点实验室从事博士后研究。2001年至2007年在英国利物浦大学任Research Associate。2007年9月起在华中科技大学化学系工作。先后主持了国家重点研发项目（2项）、国家自然科学基金面上项目（6项）、国际合作项目、湖北省自然科学基金创新群体、湖北省自然科学基金杰出青年基金等多项课题。到2021年3月1日为止，在Chem. Soc. Rev.，Nature Comm.，Sci. Adv.，J. Am. Chem. Soc.，Adv. Mater.和 Angew. Chem.等国内外重要期刊发表论文190篇，其中SCI收录160篇。13篇论文被Essential Science Indicators SM（ESI，基本科学指标）列为Highly Cited Papers，其中1篇被列入Hot Article。撰写专著6章。获授权中国发明专利11项。在Pacifichem，IUPAC MACRO，ICMAT，ChinaNano等国内外重要学术会议作邀请报告多次。获2016年度湖北省自然科学奖一等奖（排名第一）。
【联系方式】
成果编号：CG21056
