TiO2/H2O/空气O2光催化氧化降解有机污染物的速率限制步骤
批准号:
21777167
项目类别:
面上项目
资助金额:
65.0 万元
负责人:
马万红
依托单位:
学科分类:
水污染与控制化学
结题年份:
2021
批准年份:
2017
项目状态:
已结题
项目参与者:
万震、杨纯、彭伟、黄笛、赵鑫
中文摘要
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。
英文摘要
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.
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。.
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专利列表
All at once arrangement of both oxygen atoms of dioxygen into aliphatic C(sp(3))-C(sp(3)) bonds for hydroxyketone difunctionalization
双氧的两个氧原子同时排列成脂肪族 C(sp(3))-C(sp(3)) 键以进行羟基酮双官能化
DOI:
10.1007/s11426-020-9949-7
发表时间:
2021
期刊:
Science China Chemistry
影响因子:
--
作者:
[Qiao Xiaofeng, Lin Yuhan, Li Jiazhen, Ma Wanhong, Zhao Jincai]
通讯作者:
Zhao Jincai
Fundamental Flaw in the Current Construction of the TiO2 Electron Transport Layer of Perovskite Solar Cells and Its Elimination
钙钛矿太阳能电池TiO2电子传输层现有结构的根本缺陷及其消除
DOI:
10.1021/acsami.1c09742
发表时间:
2021
期刊:
ACS Applied Materials & Interfaces
影响因子:
9.5
作者:
[Yan Yan, Liu Cheng, Yang Yi, Hu Guoxiang, Tiwari V, ana, Jiang De-en, Peng Wei, Jha Ajay, Duan Hong-Guang, Tellkamp Friedjof, Ding Yong, Shi Weidong, Yuan Shouqi, Miller Dwayne, Ma Wanhong, Zhao Jincai]
通讯作者:
Zhao Jincai
含σ-Fe-C键单元的MOFs光催化突破水中污染物降解效率瓶颈的研究
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批准号:--
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项目类别:面上项目
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资助金额:60万元
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批准年份:2021
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负责人:马万红
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依托单位:
水相中TiO2光催化活化C-H键选择性脱饱和反应
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批准号:21273245
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项目类别:面上项目
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资助金额:80.0万元
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批准年份:2012
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负责人:马万红
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依托单位:
利用同位素示踪法对有毒有机污染物降解机理的研究
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批准号:21077110
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项目类别:面上项目
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资助金额:40.0万元
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批准年份:2010
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负责人:马万红
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依托单位:
氢/电子供体增强多溴联苯醚光催化还原脱溴的机理研究
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批准号:20877076
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项目类别:面上项目
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资助金额:36.0万元
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批准年份:2008
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负责人:马万红
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依托单位:
铁物种光化学循环及其与有机污染物转化耦合反应机理的研究
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批准号:20677062
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项目类别:面上项目
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资助金额:32.0万元
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批准年份:2006
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负责人:马万红
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依托单位:
可见光诱导金属离子配合物活化分子氧
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批准号:20371048
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项目类别:面上项目
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资助金额:22.0万元
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批准年份:2003
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负责人:马万红
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依托单位:
过氧化氢光催化降解有毒难降解有机污染物研究
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批准号:20277038
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项目类别:面上项目
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资助金额:20.0万元
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批准年份:2002
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负责人:马万红
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依托单位:
国内基金
海外基金