压电效应驱动有毒有机污染物降解的机理及调控研究

Environmental mechanical vibration energy is a kind of green energy, but it is difficult to collect and transfer it due to its low energy density. The finding of the piezoelectric effect from nano/micro materials presents the possibility for application of the environmental mechanical vibration energy. This project will focus on investigating the mechanism and enhancement of BaTiO3 piezoelectric degradation of toxic organic pollutants. These investigations will include the manipulation of BaTiO3 piezo-catalytic activity by changing its chemical composition, particle size and particle surface，and the experimental conformation and improvement of the piezo-catalytic degradation mechanism proposed by K. S. Hong et al. The aims of these investigations are to clear the dependence of the moving peak agents-containing Sn and Ce ions, the size effect and silver-like coating for BaTiO3 and piezo-catalytic degradation in order to find methods of enhancing piezo-catalytic degradation and to develop the theory of piezo-catalytic degradation. The results of these investigations will provide a scientific basis on the development of a new technology about piezo-catalytic degradation of organic pollutants.

环境机械振动能是一类广泛存在的绿色能源，但它们能量密度较低，收集和转化比较困难。最近, 纳微压电材料压电效应的发现为这些环境振动能的利用提供了可能性。本课题主要研究纳微BaTiO3压电效应现场驱动有毒有机污染物降解的机理及强化。这些研究包括从分子组成、晶粒大小和晶粒表面三个层面对BaTiO3的压电催化降解活性进行调控，探明锡和铈移峰剂、尺寸效应和类‘被银’等和BaTiO3压电催化降解之间的关系，探索压电催化降解的增强途径和方法；实验验证K. S. Hong等提出的压电催化降解机理，揭示压电效应与有毒有机污染物降解的关系，完善压电催化降解理论，为发展一种高效利用环境振动能净化污染的新技术提供科学依据。

环境机械振动能是一类广泛存在的绿色能源，但它们能量密度较低，收集和利用比较困难。最近, 纳微压电材料压电效应的发现为这些环境振动能的利用提供了可能性。本课题主要研究纳微BaTiO3压电效应现场驱动有毒有机污染物降解的机理及强化。这些研究包括探索移峰剂、尺寸效应和类‘被银’等和BaTiO3压电催化降解之间的关系、压电催化降解的增强途径和压电催化降解机理。研究发现 Sn4+和Ce4+等移峰剂能明显增强t-BaTiO3压电催化降解有机污染物的效率； t-BaTiO3的尺寸效应与经典催化原理的非一致性的现象，即并不是粒径越小、表面积越大越好，其粒径大约30 nm 左右催化活性最佳， 尺寸效应与经典催化原理非一致性的本质被发现为t-BaTiO3晶体的稳定性有关；表面金属化能明显提高t-BaTiO3的压电催化降解甲氧嘧啶、压电催化产H2O2和电催化杀菌的效率；不仅证实K. S. Hong基于•OH压电催化机理，还检测到 O2•−，1O2和 H2O2 等活性氧物质，说明O2参与压电催化过程并转化为多种活性氧物质，参与了有机污染物的降解；发现压电效应不仅能驱动征载流子实现空间分离，发生氧化还原反应，也能诱导非本征载流子参与压电催化过程。这些研究成果不仅发展压电催化理论，引领了压电催化领域的压电催化的基础研究，为发展一种高效利用环境振动能净化污染的新技术提供科学支撑。