SO2、NO2混合气体在TiO2颗粒物表面非均相反应的原位和频振动光谱检测及DFT研究

SO2 and NO2 are with highest population and also are most important in all gaseous pollutants in the atomosphere. Heterogeneous reactions of SO2 and NO2 at TiO2 particle surface with high catalytic activity are important to explore the mechanisms of their migration，photocatalytic transformation，which has becomme a hot research topic in atmospheric pollution chemistry. Combined with our research work at the surface/interface chemical reactions by spectroscopy and quantum computation methods,this project intents to probe the synergistic effect of SO2 and NO2 mixed gas at the TiO2 particle surface with an in situ and surface selective method, Total Internal Reflection - Sum Frequency Generation Vibrational Spectroscopy (TIR-SFGVS),asisited with particles characterization methods and chromatographic techniques. Reveal the effect of environmental conditions such as initial oncentration, temperature, humidity, light and O2 of this system by analysing the components and concentrations of the reactants and products. Investigate the microscopic reaction mechanism with Density Functional Theory (DFT) method. The impact of the heterogeneous reaction on the physical and chemical properties of the TiO2 particles will also be discussed. This project is expected to provide information on the haze formation, and aims to provide theoretical basis for the researches of the haze formation mechanism and control treatments.

SO2和 NO2是大气中主要的也是最重要的气体污染物。它们在具有较高催化活性的TiO2颗粒物表面的非均相反应研究，对于探索它们在大气中的迁移、光催化转化规律具有重要意义，已成为大气污染化学研究的热点之一。本项目拟结合申请人在表界面化学反应光谱学研究和量子化计算方面的研究基础，采用具有高表界面选择性的全内反射-和频振动光谱（TIR-SFG）原位检测系统，辅以颗粒物表征技术和色谱技术，探测SO2、NO2混合气体在TiO2颗粒物表面的非均相反应过程。通过获取反应体系中反应物、产物组成结构和浓度变化等信息，揭示初始浓度、温度、湿度、紫外光照和O2等环境因素对非均相反应的影响规律，来研究其反应动力学；并结合密度泛函理论（DFT）方法，从分子层次上探讨其微观机制；在此基础上，定量分析非均相反应对颗粒物物理化学性质的影响。本研究可加深对灰霾天气形成的认识，旨在为灰霾形成机制和控制治理的研究提供理论依据。

SO2 和 NO2 是大气中主要的也是最重要的气体污染物。它们在具有较高催化活性的TiO2 颗粒物表面的非均相反应研究，对于探索它们在大气中的迁移、光催化转化规律具有重要意义，已成为大气污染化学研究的热点之一。本项目探索了采用全内反射-和频振动光谱（TIR-SFG）原位检测系统，探测SO2、NO2混合气体在TiO2颗粒物表面的非均相反应过程，由于光学系统不够稳定，检测不到SO2、NO2混合气体在TiO2颗粒物表面的吸附信号，未能得到期望的有效结果；研究计划中的DFT模拟辅助解释机理研究因为没有实验结果的对照，将在后期与红外检测系统实验结果结合开展。与此同时，课题组搭建红外漫反射气固反应原位光谱检测系统，围绕TiO2对环境污染物的光催化降解机理和性能开展研究工作：通过合成2种典型的在可见光区具有高光学活性的TiO2复合纳米材料，结合拉曼光谱，扫描隧道显微镜、扫描电镜、比表面仪和离子色谱等分析手段对其结构进行表征，研究了TiO2纳米复合材料光还原CO2和光降解有机污染物性能，并考察光照等环境条件对反应的影响，探讨其反应机理，取得较好的成果。该研究成果可为大气污染物形成机制和控制研究提供理论依据。