上海硅酸盐所在光-热协同催化消除气相污染物研究中取得进展

更新日期:2022年08月11日

       室内装饰材料释放的甲醛、苯系物等挥发性有机化合物(VOCs), 以及汽车排放的碳氢化合物、氮氧化物等都会造成严重的空气污染。光催化技术可用于净化气相污染物, 具有无二次污染和可持续利用的特点, 受到广泛关注。然而,

经过多年研究, 光催化技术离实际应用还很遥远。
       大多数光催化剂只能吸收紫外光和一小部分可见光,

量子效率低。太阳光能量中约48%的红外光不能用于激发光催化材料, 只能转化为热量来提高环境温度。
       为提高光催化对太阳能的利用率, 中科院上海硅酸盐研究所王文忠研究员和博士生姜东、郑亚丽等提出利用光热利用红外波段能量催化, 并将其与紫外-可见光激发相结合。光催化耦合, 协同催化效率远超单一催化过程。
       课题组制备的介孔Co3O4超薄纳米片对丙烷和丙烯烃类的降解率(72%, 90%)远高于对比Co3O4粉末(0, 17.7%)和TiO2粉末(0, 50%)( J.Mater.Chem.A, 2016,

4, 105), 基于Co3O4的光催化性能和Mars-van Krevelen氧化还原循环的联合作用, Co3O4在发挥光催化作用的同时, 可以实现其光热效应。
       热催化起燃温度(最高 180oC),

具有光热协同催化作用化学降解。近年来, 课题组对光催化与热催化的协同作用机理进行了系统研究, 取得了一系列进展。其中, 具有耦合电子和离子传导的CeO2有助于改善温度升高对光电转换的负面影响, 从而实现112的光热协同催化活性。相关结果包括:(1)Bi显着引入CeO2中提高了可见光吸收和低温还原性, 表现出低温(25-75oC)光热协同降解甲醛, 光热作用下的速率常数(0.22 h-1)远超过单光(0.08h-1)和热(0.06h-1)催化过程, 表明光热协同催化可以有效利用太阳光中的红外能量(J.Phys.Chem.C, 2013, 117, 24242); (2)在CeO2中引入Mn进一步提高了甲醛氧化的光谱吸收、光热效应、低温还原性和光热协同催化活性, 失活的催化剂可以光催化过程再生(Appl. Catal. B) -环境, 2015, 165, 399)。相关研究工作得到了科技部国家重点基础研究计划和国家自然科学基金的支持。

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