电场诱导全固态Cu基光电极定向捕集-光电协同去除VOCs机制研究
批准号:
52070092
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
杨丽霞
依托单位:
学科分类:
大气污染控制工程
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
杨丽霞
中文摘要
针对光催化去除室内空气污染VOCs技术中存在的有毒中间产物规避难的应用瓶颈,搭建电容电场,以原位生长p-Cu2O纳米线阵列的三维Cu网为光电极,在其静电吸附极性VOCs分子的同时,电场诱导Cu2O能带弯曲,强化光生载流子的定向外迁。并耦合Ag纳米颗粒,实现催化界面上光生电子与空穴的空间异向分流。通过静电引力捕捉固定室内常见可挥发苯系物及有毒中间产物,实现VOCs高效-无次生污染氧化脱毒。明晰电极表面活性自由基定向聚集行为及催化活性增强机制,揭示有毒中间产物在催化界面被吸附固定-自由基氧化的动力学规律,探索VOCs高效快速、无次生污染的脱毒净化内在机理。本研究通过电场耦合同步实现VOCs的强化固定和氧化脱毒,建立低能耗、高效率去除有害物质的新策略,为陷入瓶颈期的光催化VOC降解提降解提供新思路、新方向。
英文摘要
Generating deleterious byproducts generally happens when photocatalytic technology is employed to degrade volatile organic chemicals (VOCs). In order to break through this application bottleneck, novel strategy using solid Cu-based photoanode will be proposed for the specific capture and highly efficient detoxication. .Three-dimentional Cu mesh with p-Cu2O nanowire arrays in-situ grown on can function as the photoanode. Assisted by an external electric field, the Cu2O/Cu will be charged and adsorb VOCs through static force, realizing the immobilization of the VOCs on photocatalytic interface. In addition, the band bending of Cu2O endowed by the electric field accelerates the migration of inside photoinduced carriers to Cu2O surface. Furthermore, depositing Ag nanoparticles on Cu2O interface to realize the spatial separation in different directions of the photogenerated electrons and holes. Since the VOCs and the corresponding deleterious byproducts can be tightly adsorbed on Cu2O/Ag interface through static force, they can be completely oxidized by the generated hydroxyl radicals without any toxic products exhausting. The orientated aggregation behaviors of active species on photocatalytic interface, and the causes for improved photocatalytic activity will be clarified. Detailed mechanism about the high efficient degradation of VOCs will be elucidated. A low energy consuming and high efficient strategy is going to be set up for the concomitant immobilization and detoxication of VOCs under the assistance of external electric fields. This research will supply new insight and new direction for the photocatalytic degradation of VOCs.
随着科学技术的发展,当代人类在室内的生活工作时间日趋延长,因此常见室内空气污染甲醛和甲苯等挥发性有机化合物(VOCs)的去除技术备受关注。光催化技术作为一种高效、环保的污染物降解方法,因其能够在常温常压下利用光能将有害物质转化为无害的CO2和H2O而受到广泛研究。.项目针对现有VOCs常见去除技术的效率低、成本高、产生有毒中间体的应用瓶颈,聚焦光催化氧化分解转化VOCs时存在的电子转移无序自耗、有效作用率低,芳香族苯环难活化开环、有毒中间产物(苯)抑制伴生环境生态风险消除难的科学问题,突破粉体光触媒传统思路,设计全固态自支撑铜基、铋基、钼基光触媒,调控合成光触媒的反应参数,构建气体分子强化吸附固定、富含活性氧物种催化界面;通过微观结构规制,构造电子通道调控光/电纳米催化系统电子、自由基、氧物种的可控迁移,为VOCs在催化反应界面的锚定吸附、碳骨架活化、苯环开环断链、脱毒分解提供必要条件,从而实现室内VOCs,尤其是高毒性芳香族VOCs的绿色安全去除:主要成果包括:(1)设计制备以柔性导电固态金属铜、钨、钼等为基底,具有光电催化活性的功能光催化剂:(2)阐明了晶格缺陷如氧空位、S型异质结、肖特基结等表界面组成构建活性物种运转通道形成的物化原理,解析了促进光生电对高效分离、活性氧物种通量生成、提升电子活化苯环、氧化性自由基深度去除甲苯、二甲苯等污染物的本质原理;(3)优化了反应催化界面电子和活性自由基浓度、寿命、迁移速率,揭示了光/电催化体系高效去除VOCs的电子作用规律、活性氧物种氧化机制,阐释了活性物种脱除污染物环境毒性的微观机理。共发表学术论文15篇,其中SCI1区论文13篇;授权发明专利7项,实用新型专利2项,培养硕士研究生10人。相关研究为绿色安全高效的VOCs去除纳米技术发展提供理论数据与技术参考。
自支撑铋基光触媒晶体氧空位增速甲苯高效酚化-抑苯机制研究
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批准号:52260016
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项目类别:地区科学基金项目
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资助金额:33万元
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批准年份:2022
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负责人:杨丽霞
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依托单位:
电场诱导全固态Cu基光电极定向捕集-光电协同去除VOCs机制研究
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批准号:--
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项目类别:--
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资助金额:58万元
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批准年份:2020
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负责人:杨丽霞
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依托单位:
废水中Cr(VI)快速光-电协同催化还原与Cr(III)资源回收研究
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批准号:51868051
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项目类别:地区科学基金项目
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资助金额:41.0万元
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批准年份:2018
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负责人:杨丽霞
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依托单位:
太阳能电助柔性TiO2 NTs/graphen/NBS网布制备及其净化污染物应用研究
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批准号:51478214
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项目类别:面上项目
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资助金额:83.0万元
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批准年份:2014
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负责人:杨丽霞
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依托单位:
用于有机污染物高效吸附-降解的二氧化钛基复合功能纳米材料研究
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批准号:51008149
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:21.0万元
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批准年份:2010
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负责人:杨丽霞
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依托单位:
国内基金
海外基金