润湿性可控中空单分散TiO2-多孔碳的构建及其光催化降解典型VOCs研究
批准号:
22076168
项目类别:
面上项目
资助金额:
63.0 万元
负责人:
宋爽
依托单位:
学科分类:
大气污染与控制化学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
宋爽
中文摘要
光催化氧化挥发性有机化合物(VOCs)是控制PM2.5和臭氧污染的有效途径之一。本项目旨在构建润湿性可控中空单分散TiO2-多孔碳催化剂,以期提高TiO2光催化降解典型VOCs时的抗湿性、活性和稳定性。该催化剂集成了多方面优势:中空结构有助于光能利用,TiO2单分散提高了活性位数量,与TiO2复合的多孔碳可促进VOCs的富集浓缩,进一步疏水调控则改进了催化材料的抗湿性能。通过对光催化剂组成、微结构和形貌调控,结合物理化学表征和光电性能测试,探明其理化性质与合成方法之间的关系,并明确其组成结构对光生载流子激发分离过程及VOCs吸附/降解速率的影响。参照实际光催化降解VOCs工况,探究主要操作参数特别是湿度对催化剂光催化行为的影响。最后通过前沿仪器分析和密度泛函理论研究,阐明新型催化剂光催化氧化VOCs时的微观反应动力学和强化机理。本项目可为高活性及高稳定性地光催化降解VOCs提供有益的借鉴。
英文摘要
Photocatalytic degradation of volatile organic compounds (VOCs) is one of the effective approaches for the control of PM2.5 and O3 pollution. This project aims to prepare hollow monodisperse TiO2/porous carbon (HMTiO2/PC) composites with adjustable wettability in an attempt to improve the moisture resistance, activity and stability of TiO2 during the photocatalytic oxidation of typical VOCs. The HMTiO2/PC integrates several advantages: the hollow structure of the catalyst facilitates the utilization of light energy; the monodispersion of TiO2 increases the number of catalytic active sites; the porous carbon combined with TiO2 promotes the enrichment of VOCs concentration, and the hydrophobic adjustment improves the moisture resistance of the catalytic material. By controlling the composition, microstructure and morphology of the photocatalyst and combining with the results of physical and chemical characterizations as well as photoelectric performance testing, the relationship between the physical-chemical properties of catalysts and the corresponding preparing methods will be explored. Moreover, the dependence of the excitation and separation of photogenerated carriers and the adsorption/degradation rates of VOCs on the composition and structure of the catalysts will be clarified. Referring to the practical conditions of VOCs treatment, the main operating variables, especially the humidity, on the photocatalytic performance of catalysts will be investigated. Finally, through advanced instrumental analysis and density functional theory study, the micro-reaction kinetics and enhanced mechanism of the novel catalysts for photocatalytic oxidation of VOCs will be illustrated. This project can provide a feasible solution for photocatalytic degradation of VOCs with high activity and stability.
光催化氧化技术是处理挥发性有机污染物(VOCs)的有效技术。TiO2是光催化高效降解各种VOCs最有吸引力的光催化剂之一,但其在操作过程中存在光吸收率低、目标污染物吸附能力差、易失活和不耐湿等问题。本项目采用本征结构优化策略强化TiO2基催化剂的光活性,通过与多孔材料复合提高催化剂可利用的活性位数量,通过表面润湿性调控策略提高催化剂对VOCs的富集以及抗湿性,设计制备了碳氮共修饰TiO2微米球、氮硫共掺杂石墨烯量子点修饰TiO2海胆球异质结、pn-TiO2同质结、疏水性氟掺杂多孔碳包裹TiO2、疏水性NaY沸石负载{001}TiO2和羟基化SiO2修饰{001}TiO2等TiO2基复合催化剂。以上6类催化剂在光催化氧化甲苯、苯、1,2-二氯苯等典型VOC过程中均表现出优异的光催化活性和稳定性。碳氮共修饰以及异质结/同质结结构的构建有效地拓展了TiO2的光响应范围,促进了光生电子-空穴的分离,实现了催化剂活性的改善。疏水性氟掺杂多孔碳和疏水性NaY沸石负载显著改变了TiO2表面润湿性,促进了高湿度环境下对甲苯等VOCs气体的选择性吸附,避免了湿度以及VOCs降解中间产物对催化剂活性位的屏蔽,显著改善了催化剂的稳定性和抗湿性;而羟基化SiO2则是通过调节催化剂表面电荷性改变甲苯及其降解中间产物在催化剂表面的吸脱附行为,提高催化剂的活性和抗失活性能。本项目提出的本征结构优化和表面润湿性调控策略是优化传统TiO2催化剂的活性、稳定性和抗湿性的有效手段。取得的研究成果对高效稳定的多功能光催化材料的设计以及光催化VOCs技术发展具有指导意义。
矿尘表界面光介导芳香烃VOCs的转化行为及诱发臭氧生成机制
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批准号:42577282
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项目类别:面上项目
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资助金额:50.00万元
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批准年份:2025
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负责人:宋爽
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依托单位:
原位构筑中空氮掺杂多孔碳耦合超分散 p-n
异质结可见光催化还原 CO2
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批准号:Z24B070008
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项目类别:省市级项目
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资助金额:0.0万元
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批准年份:2024
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负责人:宋爽
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依托单位:
银/含氧酸银等离子共振催化剂可见光催化还原二氧化碳的催化行为及反应机理
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批准号:21477117
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项目类别:面上项目
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资助金额:85.0万元
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批准年份:2014
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负责人:宋爽
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依托单位:
具有高比例(001)晶面的中空TiO2微球的构建及其可见光催化降解生物杀灭剂的机理
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批准号:21076196
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项目类别:面上项目
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资助金额:35.0万元
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批准年份:2010
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负责人:宋爽
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依托单位:
多氯联苯电化学脱氯用钯修饰非晶态钛镍基贮氢电极的制备及其作用机制
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批准号:20977086
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项目类别:面上项目
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资助金额:33.0万元
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批准年份:2009
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负责人:宋爽
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依托单位:
密闭空间内CO2一步转化生成CO和O2的研究
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批准号:50408024
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:24.0万元
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批准年份:2004
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负责人:宋爽
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依托单位:
国内基金
海外基金