地球环境研究所在环境氮氧化物光催化氧化机制研究方向取得系列进展

  光催化氧化环境空气氮氧化物(NOx)过程中,不同光生自由基与NOx反应的路径和作用机制各异,某些反应副产物会抑制NOx的完全氧化。因此,借助化学计算设计目标自由基主导的光催化过程,对实现NOx完全氧化、促进材料的实际应用至关重要。

  近期,中国科学院地球环境研究所黄宇团队针对氮化碳材料光催化氧化NO过程中,反应物路径不受控(图1a),毒副产物会二次生成(图1b)等问题,采用双功能羟基接枝策略,在氮化碳表面实现羟基自由基主导的NOx氧化过程,完全抑制毒副产物NO2生成(图1c-d),NOx去除效率提高2倍。研究结果从分子水平深化了羟基化改性影响氮化碳性能的机制理解,对设计高效NOx催化材料具有指导意义。该成果发表于Applied Catalysis B: Environmental期刊,王震宇博士后为第一作者,黄宇研究员和曹军骥研究员为通讯作者。

  此外,团队梳理氮化碳在环境NOx控制领域的发展历程(图2),系统总结近5年的国内外研究进展,从氮化碳光催化去除环境NOx的原理及局限、改性策略(增强光吸收、抑制载流子复合和调控反应路径等)、应用案例(基于低温纳米涂层技术的空气净化路面)等方面,综述了氮化碳基光催化剂在环境NOx控制领域的解决思路和存在的挑战,为后续研究设计高效氮化碳基光催剂提供了有益参考。该成果发表于Environmental Chemistry Letters期刊,王震宇博士后为第一作者,黄宇研究员为通讯作者。

  上述工作得到中国科学院战略性先导科技专项(XDA23010300XDA23010000),及博士后创新人才支持计划(BX20200331)等的共同资助。

  文章链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0926337323002254

        https://link.springer.com/article/10.1007/s10311-023-01583-5#citeas

   

  氮化碳(a,b)和羟基化氮化碳(c,d)表面NO反应势能剖面图

   

  2 氮化碳基材料光催化去除氮氧化物发展趋势


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