读博成果：10多种光催化剂

张俊磊

党的十九大报告指出，从2017年到2020年，是全面建成小康社会决胜期，“特别是要坚决打好防范化解重大风险、精准脱贫、污染防治的攻坚战”。报告还以较大篇幅，讲述了要“加快生态文明体制改革，建设美丽中国”，把“着力解决突出环境问题”作为一个要点。

2016年，我从东华大学硕士毕业，考入复旦大学环境系读博士。在马臻教授的指导下，我做了一个课题——光催化降解废水中有机污染物。很多印染厂、药厂会产生含有染料、药物的废水，如果这些废水未经处理而被排放出去，就会造成严重的环境污染。虽然传统的吸附法、生物法、化学法能处理废水，但近年来光催化剂（在光子的激发下能够起到催化作用的化学物质）因高效、节能，引起更多重视。

目前市场上常用的光催化剂是氧化钛。氧化钛只能被紫外线激发，而不能有效利用太阳光中大部分可见光，因此人们不得不使用额外的紫外灯来激发它，这会构成资源的浪费。基于此，我想开发可以充分利用太阳光的光催化剂。我仔细研究了现有的铋基半导体、银基半导体、石墨相氮化碳等光催化剂，发现这些光催化剂在可见光下降解污染物的效果并不好。就是说，反应好几十分钟了，还不能完全降解污染物。

为了提高光催化剂的性能，我一有空就坐在电脑前追踪最新的文献，试图找寻新的实验灵感。我看到一些文献说钼酸铋和另一种半导体组合在一起，可以形成能在可见光下处理废水的异质结光催化剂；我又看到一些文献提到，把氧化银和别的半导体组合在一起，也能形成异质结光催化剂。可是，把钼酸铋和氧化银组合在一起的例子却未见任何报道。于是，我怀着好奇心，把含有钼酸铋和氧化银的异质结光催化剂合成了出来，测试它降解工业染料废水的性能。结果显示，该异质结催化剂在可见光照射下，废水中的有机染料在几十分钟内能够被有效地去除，而且，催化剂在8次循环使用后依然能够保持良好的光催化活性。

即使得到这么好的催化降解效果，我还得研究清楚——为什么这种催化剂的效果好？反应过程中的活性物种是什么？反应机理是什么？为此，我还做了很多后续测试，比如：紫外-可见漫反射、光电流密度、电化学阻抗、光致发光光谱、电子顺磁共振等。结合这些测试结果以及半导体能帶理论，我进一步提出了这种新型光催化剂的光催化反应机理。读博期间，我共研制出十多种新颖的、能够高效处理水中有机污染物的光催化剂。

就在这一奋进求学的阶段，我也见证了我们学科做的发展变化。马老师告诉我，1996年我们环境系刚建立时，只有几位教授，“龟缩”在一幢老楼里。每个老师做的科研也没有什么章法，想做啥就做啥。而如今，环境系已经有88位在编教师，搬到了坐落于新校区的面积达2万多平方米的环境科学楼。在研究领域和方向上，学院更强调学科发展和顶层设计，要契合我国环保需要，解决大气污染、水污染、固体废弃物污染等环境问题。我们系有很多老师申请到了环境保护大项目，马老师也加入了上海高校高峰高原学科建设团队。今年，我们系的论文在《科学》杂志上实现了零的突破，我的博士同学有的在从事水污染机制研究，有的在处理流域水污染，有的在尝试把秸秆、药渣等固体废弃物转化为化学品，还有的在研究大气污染机制，解决各种实际问题。

在这样欣欣向荣的时代背景下，我更加明确了自己的职业之路——从事与环保、科研相关的工作。目前，我已经提前大半年完成了博士论文。马老师给我推荐了国外导师，我准备沿着本专业方向深造后，回国任教。

责任编辑：曹晓晨