层间域水化特性影响Mo/LDHs层状材料催化降解疏水性有机污染物的机制

The catalyst interlayer is an important place where hydrophobic organic pollutants have the sorption/diffusion behavior, and it has important significance on the degradation and control of hydrophobic organic pollutants. At present, the mechanism of hydrophobic organic pollutants degradation influenced by interlayer hydration characteristics of catalyst is not clear and it is very difficult to clarify the sorption/diffusion of hydrophobic organic pollutants in the catalytic reaction. The project is planned to be research the effect of anion type and charge source and charge density, size on the hydrophobic organic pollutants degradation under normal temperature and pressure from the hydration characteristics of interlayer. Integrated use of in situ characterization, catalytic reaction kinetics, the thermo dynamics experimental methods, combined with molecular dynamics computer simulation, the relationship between interlayer domain microstructure, hydration status and catalytic properties is established. It will clear the mechanism of layer hydration characteristics effect on hydrophobic organic pollutants degradation by Mo/LDHs material and the catalytic oxidation reaction mechanism in the catalyst interlayer. Projects expected results can regulate the sorption/diffusion of hydrophobic organic contaminants, then improve degradation efficiency and locking efficiency. Also, it would be expected to provide scientific basis to develop new catalysts.

催化剂层间域是疏水性有机污染物发生吸附/扩散行为的重要场所，对疏水性有机污染物的降解及控制具有重要意义。目前催化剂层间域水化特性影响催化材料降解疏水性有机污染物的机制还不够明确，难以阐明疏水性有机污染物吸附/扩散行为在催化氧化反应中的贡献。本项目拟从研究层间域的水化特性出发，系统考察层间域阴离子、层板电荷、空间尺寸效应对Mo/LDHs催化剂在常温常压下湿式催化氧化疏水性有机污染物的影响。综合运用原位结构表征、催化反应动力学、热力学参数计算等实验手段，结合分子动力学模拟手段，建立层间域微观结构—水化状况—催化性能的对应关系，明确层间域水化特性影响Mo/LDHs层状材料催化降解疏水性有机污染物的机制，阐明常温常压催化氧化反应机理。项目预期成果可调控疏水性有机污染物在Mo/LDHs层间域的吸附/扩散行为、提高疏水性有机污染物降解效率及降解产物的锁定效率，为开发新型催化材料提供理论依据。

本项目深入研究Mo/LDHs层间阴离子、层板电荷及空间尺寸效应对Mo/LDHs催化能效的影响，并讨论LDHs和疏水性有机污染物的匹配关系和强化作用机制，进一步说明层间域中疏水性有机污染物的吸附/扩散行为来明确其在催化反应过程中的贡献，揭示了常温常压下疏水性有机污染物在催化剂层间域发生催化氧化反应的机理；并深入开展分子模拟计算研究LDHs吸附N2分子的吸附能力和吸附机制。最后进行废弃的LDHs的资源化利用，如染料处理、N2吸附和有机污染物的降解等环境应用，为材料设计提供了更加经济新颖的设计思路。研究取得以下主要结果：（1）运用UV-vis、XRD、FT-IR、BET和XPS等表征手段研究层间有机阴离子、层板电荷、空间尺寸效应对Mo/LDHs催化性能的影响。有机阴离子的改性主要通过调节Mo/LDHs形貌，暴露更多的活性晶面和提供更大的比表面积来提高催化性能，而空间尺寸能够调节活性晶面，产生Na2Mo2O7来提高催化性能，表面的结构也能够提供更多的吸附位点。（2）探讨了有机污染物在Mo/LDHs材料层间域的吸附/扩散行为，确定了吸附行为在催化反应中的重要贡献；利用不同相对湿度的LDHs去除能效的比较，阐述了水分子在催化反应中无显著作用。最后对LDHs材料结构微观变化、催化活性氧物种的分析，探讨了LDHs材料催化反应中吸附行为与材料结构微观对中间活性物的形成与转化行为的影响。（3）利用分子动力学模拟考察了LDHs基材料上的吸附位点，确定吸附位点主要为金属活性位点，探究了N2浓度对其吸附能影响较大。同时揭示了温度对吸附能的影响，以及随着温度变化的N2分子在LDHs基材料上吸附/扩散过程的依赖性。（4）对吸附有机污染物的LDHs资源化利用，将吸附染料后的LDHs高温焙烧制备多金属碳材料进行N2吸附、染料处理和有机污染物的降解等多方面的环境应用，并阐明了多金属碳材料的N2吸附的活性位点，以及揭示了LDHs/Carbon在不同气氛下对有机污染物的不同氧化还原去除机制。研究取得以下主要结果：研究结果发表在J. Mater. Chem. A、J. of Hazard. Mater.等SCI学术期刊，参加五次学术会议，进行口头汇报交流。