13 Nov 2024
SSTECH编辑优选:上海交大张礼知团队BiOCl表面羟基调控实现光催化NO高效去除
本篇研究来自上海交通大学张礼知课题组。该研究通过调控BiOCl表面羟基覆盖度来降低催化剂表面空间位阻,从而促进表面氧空位生成,实现光催化O2活化产物由•O2–向O22–的转变。该策略能够有效促进NO完全氧化生成双齿硝酸盐,从而抑制NO2有害副产物的生成及光电子对NO3–的反向还原。该结果为通过调控催化剂表面结构来实现高效、安全的NO光催化去除提供了重要理论基础和实验依据。 文章介绍 Surface hydroxyl manipulation of BiOCl nanosheets for promoted O2 activation and photocatalytic NO removal Zhiping Yang(杨治平), Yanbiao Shi(石彦彪), Xiaoyi Zhang(张笑怡), Jundi Cheng(程俊迪), Qianhui Liu(刘千惠), Bing Zhou(周兵), Biao Zhou(周彪), Yue Hu(胡月), Chengliang Mao(毛成梁), Hao Li(李浩) and Lizhi Zhang(张礼知) 通讯作者: 石彦彪,上海交通大学环境科学与工程学院 李浩,上海交通大学环境科学与工程学院 张礼知,华中师范大学化学学院/上海交通大学环境科学与工程学院 研究背景: 氮氧化物(NOx)是化石燃料燃烧和废物焚烧过程中产生的次级气溶胶前驱体,对大气环境和人类健康构成严重威胁。传统的高浓度NO去除技术难以有效处理城市和室内空气中低浓度NO,这促使研究者探索更绿色、经济、可持续性的解决方案。太阳光驱动的半导体光催化技术因其能够在环境条件下有效去除ppb级别的NO而备受关注。然而,当前报道的半导体光催化材料在选择性生成活性氧物种(ROS)并抑制NO氧化过程中有害副产物(如NO2)生成方面仍存在挑战。 本研究通过调控BiOCl纳米片表面羟基浓度来降低其空间位阻并促进氧空位产生,将光催化O2活化过程产生的ROS从•O2–转变为O22–,从而实现NO完全氧化产生更稳定的双齿硝酸盐,避免有害的NO2形成和光电子诱导的NO3–反向还原。 研究内容: 本研究在饱和甘露醇溶液水热处理来调控BiOCl纳米片表面羟基覆盖度,从而构筑具有不同空间位阻的表面结构。通过DFT理论计算优化O2在富羟基和贫羟基BiOCl表面(BiOCl-OHrich-NS、BiOCl-OHrich-UN)的吸附构型、吸附能量、O-O键长、电荷转移、电子态密度,解析O2分子活化状态和产物,并根据过渡态模型推测不同活性氧物种介导的NO氧化反应过程。 图1. (a) O₂在BiOCl-OHrich-NS和(b) BiOCl-OHpoor-UN表面吸附构型及(c, d)差分电荷;(e) 理论模拟•O2⁻和O22⁻介导下NO光氧化反应。 随后利用红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)来定量分析材料表面羟基浓度;通过高角环形暗场像-扫描透射电子显微镜(HAADF-STEM)和电子顺磁共振(EPR)来验证不同表面羟基浓度的BiOCl表面氧空位(OV)分布及含量。 图2. (a) BiOCl-OHrich-NS和BiOCl-OHpoor-UN的FTIR光谱和(b)高分辨率O 1s XPS光谱。(c)...