钛基催化剂光催化去除大气环境NO过程中副产物的形成机制与消除

Semiconductor photocatalysis, as a "green" technology, has been widely used to treat polluted air and water. Many researchers focus their efforts on the photocatalytic removal of atmospheric NO at low concentrations (at ppb levels). Photocatalyst reported in reference can be used to remove atmospheric NO at low concentrations, however, NO2 or HONO, as the byproducts of visible light photocatalytic removal of NO, may be released to atmospheric environment and caused secondary pollution. It is significant to investigate the formation mechanism and inhibition of byproducts of photocatalytic removal of NO. In this project, some methods will be taken to improve the activity and selectivity of the Ti-based photocatalyst. The byproducts can be eliminated through these methods, such as optimize the preparation methods and conditions, composite other materials with Ti-based photocatalyst. Visible light active, highly efficient, chemical inertness and environmental friendly photocatalyst will be prepared and used for NO removal. The structure activity relationship and reaction mechanism of the photocatalytic removal of NO will be revealed by several in situ and non in situ methods. These results will be further direct the design of photocatalyst. The efficiencies of photocatalytic removal of NO under near real atmospheric environment will be evaluated using Smog Chamber. All the results will provide basic data for the application of environmental photocatalytic materials.

光催化技术作为一种"绿色"技术广泛应用于大气和水体污染物的净化，利用光催化技术去除大气环境中低浓度的NO近期引起研究者的关注。目前文献报道的各种光催化剂能在可见光下较好的去除大气环境中的NO。但是有文献报道光催化去除NO过程中存在副产物NO2或者HONO的释放，会对环境造成二次污染。研究光催化去除NO过程中副产物的形成机制与抑制方法具有重要的意义。本项目拟从消除副产物的角度出发，通过改变制备方法、优化制备条件以及与其他强吸附能力材料复合，抑制副产物的释放，提高钛基催化剂的活性和选择性，制备可见光响应的高效稳定环境友好的光催化剂；采用多种原位和离位表征手段，建立催化剂在光催化NO氧化反应中的构效关系，明晰NO光催化去除过程中副产物的形成与消除机制，进一步指导催化剂的设计合成；利用烟雾箱评价在接近真实大气环境条件下光催化剂净化NO的效果，为环境光催化材料的实际应用提供基础数据。

一氧化氮 (NO) 是主要的大气污染物之一，其主要来源于含氮矿物燃料的燃烧；高温条件下N2 和O2 也可反应形成热力型NO。NO 在大气中能被氧化而成为酸雨的重要来源。在太阳光照射下，氮氧化物与碳氢化合物可形成光化学烟雾 (photochemical smog)，造成严重的二次污染，并可能是灰霾天气形成的重要原因。长期暴露于NO 和其衍生物下还会危害人类的身体健康。因此，NO 的控制与去除一直是大气污染控制研究的重点内容。目光催化技术作为一种“绿色”技术广泛应用于大气和水体污染物的净化，利用光催化技术去除大气环境中低浓度的NO 近期引起研究者的关注。目前文献报道的各种光催化剂能在可见光下较好的去除大气环境中的NO。但是有文献报道光催化去除NO 过程中存在副产物NO2 或者HONO 的释放，会对环境造成二次污染。研究光催化去除NO 过程中副产物的形成机制与抑制方法具有重要的意义。. 本项目从消除副产物的角度出发，通过对TiO2进行晶体结构改性、金属元素掺杂和异质结搭建等方法来提高钛基催化剂的活性和选择性，抑制副产物的释放，从而获得在具有可见光响应的高效环境友好的光催化剂；采用X 射线衍射（XRD）、拉曼光谱（Raman）、透射电镜（TEM）、扫描电镜（SEM）、电感耦合等离子体发射光谱（ICP-OES）、紫外可见吸收光谱（UV-Vis）、激光诱导荧光光谱（PL）以及电子自旋共振（ESR）、X-射线近边吸收精细结构（XANES）、X-射线光电子能谱(XPS)等手段研究了催化剂的物化特性，并结合理论计算（CASTEP）的方法对催化剂活性提高关键机制进行DFT计算，从而建立了催化剂在光催化NO 氧化反应中的构效关系，明晰NO 光催化去除过程中副产物的形成与消除机制，为进一步指导催化剂的设计合成和环境光催化材料的实际应用提供了基础数据。