TiO2/H2O/空气O2光催化氧化降解有机污染物的速率限制步骤

基本信息
批准号:21777167
项目类别:面上项目
资助金额:65.00
负责人:马万红
学科分类:
依托单位:中国科学院化学研究所
批准年份:2017
结题年份:2021
起止时间:2018-01-01 - 2021-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:万震,杨纯,彭伟,黄笛,赵鑫
关键词:
2氢迁移1光催化氧化降解扩散控制逆动力学同位素效应
结项摘要

The primary oxidative species in photocatalytic degradation of organic pollutants in aqueous environment is photo-induced hole and hydroxyl radical generated from surface-adsorbed H2O in metal oxide semiconductors such as TiO2, ZnO and WO3 in H2O/air or O2 medium. It was often considered the main pathways for these species attacking pollutants was through diffusion-controlled mechanism and was difficult to differentiate the related radical reaction pathways by kinetic isotope effects (KIE). This research is based on the pre-study of using polar, non-polar and hydrophobic organic aromatic pollutants hydroxylation as the model oxidation reaction, synthesizing partial deuterated substrates in aromatic ring, studying the relation between substrate polarity and 1,2-NIH shift (1, 2- neighboring group induced hydrogen shift effect);studying the relation between the inverse H/D kinetic isotope effect (inverse H/D KIE) in C-H/D bond in hydroxylation and substrate polarity and metal oxide semiconductor surface polarity, and the influence of solvent, dissolved dioxygen and conductive-band electron sacrificial reagents to the rate-determination step of oxidation. And low-temperature ESR (4K) and ATR-FTIR technique would follow the decay kinetics of OH radical adduct. The conclusion of this research would change the past understandings of diffusion-controlled mechanism for photocatalytic oxidation, and provide mechanistic evidences for modifying and controlling metal oxide photocatalyst to degrade organic pollutants especially non-polar and hydrophobic substrates in aqueous solution.

金属氧化物如TiO2、ZnO和WO3等在H2O/空气O2介质中,光生空穴及其与表面吸附H2O产生的OH自由基,是光催化降解水中有机物污染物的初始氧化物种。过去总认为这些物种的进攻是扩散控制步骤,难以用动力学同位素效应(H/D KIE)等手段区分。本项目分别以极性不同的各种有机芳香污染物羟基化反应为模型氧化反应,合成环上部分氢被氘取代的底物,研究环上C-H/D键在羟基化中出现逆动力学同位素效应(inverse H/D KIE)与底物极性的关系;研究1,2-NIH shift (1,2-氢迁移效应)的对应关系;以及溶液条件对氧化侧是否是限速步的影响;用低温(4K)ESR和ATR-FTIR跟踪OH自由基加合物的衰减动力学。本项目研究结论将改变过去对光催化氧化一侧不分底物对象笼统概括成扩散控制的片面认识,对修饰、控制氧化物光催化剂降解水中有机污染物,特别是非极性和憎水性强的有机物提供机理上的依据。

项目摘要

本项目研究了芳香类污染物的吸附特性对其光催化羟基化反应决速步的影响,揭示了羟基化过程出现的逆动力学同位素效应与底物极性的关系;研究了无质子存在下TiO2光生电子捕获的微观过程,发现了一个与质子型牺牲剂体系完全不同的表观现象,阐明了光催化光生电子捕获机理;发现了光催化反应过程中存在的Ti-H关键中间物种,揭示其影响反应速率的机理与调控机制;设计了光催化高效断裂C-X、C-S键及活化C-C键等多种新功能体系。研究结果为揭示光催化反应机理及设计新型光催化材料与体系提供了理论支撑。在Sci. China Chem.、Appl. Catal. B: Environ.、J. Phys. Chem. Lett.、Commun. Chem.等国际SCI期刊上发表相关论文6篇,培养博士研究生3名。.

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

Efficient photocatalytic degradation of organic dyes and reaction mechanism with Ag2CO3/Bi2O2CO3 photocatalyst under visible light irradiation

Efficient photocatalytic degradation of organic dyes and reaction mechanism with Ag2CO3/Bi2O2CO3 photocatalyst under visible light irradiation

DOI:
发表时间:2016
2

基于一维TiO2纳米管阵列薄膜的β伏特效应研究

基于一维TiO2纳米管阵列薄膜的β伏特效应研究

DOI:10.7498/aps.67.20171903
发表时间:2018
3

Intensive photocatalytic activity enhancement of Bi5O7I via coupling with band structure and content adjustable BiOBrxI1-x

Intensive photocatalytic activity enhancement of Bi5O7I via coupling with band structure and content adjustable BiOBrxI1-x

DOI:10.1016/j.scib.2017.12.016
发表时间:2018
4

氟化铵对CoMoS /ZrO_2催化4-甲基酚加氢脱氧性能的影响

氟化铵对CoMoS /ZrO_2催化4-甲基酚加氢脱氧性能的影响

DOI:10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2022.10.026
发表时间:2022
5

特斯拉涡轮机运行性能研究综述

特斯拉涡轮机运行性能研究综述

DOI:10.16507/j.issn.1006-6055.2021.09.006
发表时间:2021

马万红的其他基金

相似国自然基金

1

粘土和沸石负载的TiO2光催化降解水中有机污染物研究

批准号:20567002
批准年份:2005
负责人:李静谊
学科分类:B06
资助金额:10.00
项目类别:地区科学基金项目
2

有机污染物光催化降解研究

批准号:21137004
批准年份:2011
负责人:赵进才
学科分类:B06
资助金额:300.00
项目类别:重点项目
3

过氧化氢光催化降解有毒难降解有机污染物研究

批准号:20277038
批准年份:2002
负责人:马万红
学科分类:B0603
资助金额:20.00
项目类别:面上项目
4

光学纤维载TiO2光催化氧化有机污染物机理及工艺研究

批准号:59908006
批准年份:1999
负责人:魏宏斌
学科分类:E10
资助金额:12.00
项目类别:青年科学基金项目