讀博成果：10多種光催化劑

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(fēng)險、精準(zhǔn)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(shè)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(xué)碩士畢業(yè)，考入復(fù)旦大學(xué)環(huán)境系讀博士。在馬臻教授的指導(dǎo)下，我做了一個課題——光催化降解廢水中有機(jī)污染物。很多印染廠、藥廠會產(chǎn)生含有染料、藥物的廢水，如果這些廢水未經(jīng)處理而被排放出去，就會造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。雖然傳統(tǒng)的吸附法、生物法、化學(xué)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(xué)物質(zhì)）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(gòu)成資源的浪費?；诖?，我想開發(fā)可以充分利用太陽光的光催化劑。我仔細(xì)研究了現(xiàn)有的鉍基半導(dǎo)體、銀基半導(dǎo)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(yīng)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(xiàn)，試圖找尋新的實驗靈感。我看到一些文獻(xiàn)說鉬酸鉍和另一種半導(dǎo)體組合在一起，可以形成能在可見光下處理廢水的異質(zhì)結(jié)光催化劑；我又看到一些文獻(xiàn)提到，把氧化銀和別的半導(dǎo)體組合在一起，也能形成異質(zhì)結(jié)光催化劑。可是，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(zhì)結(jié)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(jié)果顯示，該異質(zhì)結(jié)催化劑在可見光照射下，廢水中的有機(jī)染料在幾十分鐘內(nèi)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(yīng)過程中的活性物種是什么？反應(yīng)機(jī)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(xué)阻抗、光致發(fā)光光譜、電子順磁共振等。結(jié)合這些測試結(jié)果以及半導(dǎo)體能帶理論，我進(jìn)一步提出了這種新型光催化劑的光催化反應(yīng)機(jī)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(jī)污染物的光催化劑。

就在這一奮進(jìn)求學(xué)的階段，我也見證了我們學(xué)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(jīng)有88位在編教師，搬到了坐落于新校區(qū)的面積達(dá)2萬多平方米的環(huán)境科學(xué)樓。在研究領(lǐng)域和方向上，學(xué)院更強(qiáng)調(diào)學(xué)科發(fā)展和頂層設(shè)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(hù)大項目，馬老師也加入了上海高校高峰高原學(xué)科建設(shè)團(tuán)隊。今年，我們系的論文在《科學(xué)》雜志上實現(xiàn)了零的突破，我的博士同學(xué)有的在從事水污染機(jī)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(zhuǎn)化為化學(xué)品，還有的在研究大氣污染機(jī)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(guān)的工作。目前，我已經(jīng)提前大半年完成了博士論文。馬老師給我推薦了國外導(dǎo)師，我準(zhǔn)備沿著本專業(yè)方向深造后，回國任教。

責(zé)任編輯：曹曉晨