中山大学黄海保教授团队ACS Catal.封面:富电子羟基促进光催化深度氧化芳香有机物

摘要:本论文中,我们精确调控催化剂的羟基电子结构,用于各种芳香有机物的深度光催化氧化。ZnSn LDH中的富电子羟基大大增强了污染物的吸附和活化,促进了活性氧的产生,从而显著促进芳香有机物的消除

图片

第一作者:刘璧源

通讯作者:黄海保

通讯单位:中山大学环境科学与工程学院

论文DOI:10.1021/acscatal.3c01045


在本论文中,我们通过在ZnSn LDH上调节Sn原子向表面羟基提供电子,有效提高羟基的电子密度。富电子的羟基极大地增强芳香有机物与光催化剂之间的相互作用,同时促进了活性氧物种(•OH和•O2−)形成,从而使芳环快速打开并深度氧化成CO2和H2O。研究为精准调控羟基的电子密度提供一种简单有效策略,并为高效净化难降解污染物提供新方法


芳香有机物是最常见的室内空气污染物之一,严重危害人体健康。考虑到室内人居环境的特殊性,光催化氧化室内VOCs是一项极具前景的技术,但存在严重的电子-空穴复合和低量子效率等问题。通过增强局部空间电场来调节表面羟基是解决这些问题的有效方法。然而,报道的羟基调节方法通常需要复杂的处理或严格的合成。此外,目前的研究主要集中在OH的宏观调控(羟基的数量和类型)。到目前为止,还没有对羟基的电子结构进行原子水平的研究。另一方面,在光催化剂中构建富电子结构可以极大地改善电荷分离和光催化性能,成为近期的研究热点。然而,目前通过异质掺杂调节电子结构可能会产生不利影响,例如表面晶格腐蚀、部分孔隙堵塞和粒子生长,这可能会抵消电子富集的积极影响。考虑到催化剂表面普遍存在羟基,我们设想调控羟基的电子结构以提高光催化性能


实现了羟基电子结构的精确调控,用以促进各种芳香有机物的深度光催化氧化。优化的ZnSn-2催化剂在60,000 mL gcat-1 h-1高空速下100%去除和矿化甲苯,并且对苯乙烯和氯苯也展现出增强的光催化性能。此外,催化活性在不同环境湿度下保持长期稳定


图文



图片

图 1. ZnSn LDH表面羟基调控方法及相应催化剂的形貌和结构表征图

通过简单共沉淀法制备ZnSn LDH纳米片,并调控其表面羟基的电子结构,从图1可以观察到ZnSn LDH成功制备。
图片
图 2. 核磁共振、红外、拉曼和XPS光谱图,DFT计算

通过XPS等表征证明随着Sn原子数量增加,表面羟基电子云密度逐渐提高,其中ZnSn-2催化剂的表面羟基电子云密度最高。利用DFT计算进一步证明电子从Sn原子向表面羟基偏移,成功构建富电子羟基。

图片
图3. 催化剂能带结构和光电特性

图3结果表明,富电子羟基能有效将价带转移到较低的能量,缩窄带隙,从而增强光吸收和利用。同时富电子羟基可以更有效捕获光生空穴,促进光生电荷分离运输。
图片
图4 各种芳香有机物光催化降解性能。

性能测试表明富电子羟基能有效提高光催化氧化性能。拥有最强富电子羟基的ZnSn-2催化剂对甲苯、苯乙烯、氯苯等典型芳香有机物都展现出优异光催化活性,性能远远优于商业TiO2-P25。并且催化活性在不同环境湿度下保持长期稳定,具有很好环境适应性。

图片
图5. 机理探究

图片
图6. 降解机理图

通过甲苯-TPD、自由基捕获实验和in situ DRIFTS等对甲苯降解机理进行研究,结果表明,富电子羟基能有效增强反应物和催化剂之间的OH···π相互作用,从而有效捕获和活化甲苯。同时羟基的高电子密度增强了表面极化,产生强大的驱动力显著增强电荷分离和活性氧物种(•OH和•O2−)生成。两者协同作用下实现芳香环的快速开环并深度氧化为CO2


总结


在本工作中,我们精确调控催化剂的羟基电子结构,用于各种芳香有机物的深度光催化氧化。ZnSn LDH中的富电子羟基大大增强了污染物的吸附和活化,促进了活性氧的产生,从而显著促进芳香有机物的消除。•OH和•O2−协同作用大大加速芳香有机物的开环和深度氧化,抑制了二次污染和催化失活。优化的ZnSn-2在60,000mL gcat-1 h-1的质量空速下实现了甲苯100%去除和矿化,并且表现出对苯乙烯和氯苯的普遍改进。此外,催化活性在不同环境湿度下保持长时间稳定。这项工作展示一种调节OH电子结构的简便策略,加深对VOCs深度氧化机理的理解,并为光催化在空气净化中的应用铺平道路


课题组介绍


图片

黄海保(通讯作者)
中山大学教授、博士生导师,大气环境与污染控制学科带头人,粤港空气污染控制研究中心主任、广东省室内空气污染控制工程技术研究中心主任。任国家空气净化产品质量监督检验中心专家委员会委员、中国环境科学学会VOCs污染防治专业委员会常委。主要研究方向包括VOCs污染控制、室内空气净化和环境催化等。在JACS Au、ES&T、Appl. Catal. B: Environ. 和ACS Catal. 等期刊发表第一/通讯作者SCI论文100余篇,ESI高被引论文8篇、热点论文1篇,总被引用6000余次,H因子45;授权国家发明专利10余项。主持国家重点研发计划、国家自然科学基金等20余项。作为第一完成人获得广东省科学技术发明二等奖和广东省环境技术进步奖一等奖。
图片
刘璧源(第一作者)
中山大学博士后,主要研究方向为VOCs污染控制、室内空气净化和环境催化材料等。在ACS Catal.、Appl. Catal. B: Environ.和J. Hazard. Mater.等期刊发表第一作者论文,ESI高被引论文1篇、热点论文1篇、封面论文1篇。主持中央高校基本科研项目



查看更多
相关阅读
热门标签
海南光化学反应仪价格 常州光化学反应仪 水凝胶 光催化产业化 光铜共催化的自由基脱羧偶联反应 马来酰亚胺衍生物 天津光化学反应仪报价 光催化氧化 光化学反应仪贵吗 天津大学雷圣宾教授课题组 合成气和烯丙基sp3 C–H键的选择性芳基化/烷基化 光催化降解反应釜 微反应器 康奈尔大学 光催化降解 国产光化学反应仪厂家 高精密光化学反应仪厂家 有机光光合成过氧化氢 光氯化反应釜 郑州大学 光催化制备2,5-己二酮 铀酰光催化烯烃氧化裂解 光化学反应仪功率 光催化有机合成 厦门大学 EDA 复合物 氮化硼 偶联 光化学反应仪使用说明书 光催化制甲醇 非均相光催化 溴二氟烷基 高压光化学反应釜 吉林大学 工业级光流体反应器 氢烯基化 紫外光化学反应仪多少钱 光催化氧化氮氧化物 光催化胺烷基化 甲烷 邻苯二甲酰亚胺 光化学反应仪哪家性价比高 光催化甲苯氧化 光催化合成苯甲酸 自由基加成反应 光催化胺烷基化反应 芝加哥大学 二芳基二氢吩嗪基多孔有机聚合物 磁力搅拌器 硼化 可见光催化穿梭二溴化 光催化芬顿降解 光催化自由基脱羧偶联反应 酮烯胺 光化学反应仪报价 异相光催化氯化苄自偶联 光催化配套设备 光催化降解设备 光催化水消毒 近红外区光化学反应仪 叔烷基胺 光催化空气净化 光化学反应仪市场分布 高压光化学反应釜厂家 光流体微反应器多少钱 光催化制氢设备 电化学 多相光催化氧化降解TMP 光催化甲烷无氧偶联制乙烯 寡聚物 清洁可再生能源化学合成 复旦大学张立武 丙烯酰苯胺自由基环化反应 实验室光化学反应釜 光催化合成2-哌啶酮 多位光化学反应仪报价 糠醛 光催化糖类转化制备5-羟甲基糠醛 光催化降解有机物 多光源光化学反应仪 微通道反应器 LED光化学反应仪 洛桑联邦理工学院 臭氧氧化 平行光反应仪厂家 光催化反应釜厂家 光催化制α‑叔伯胺 高压光化学反应釜报价 ghx光化学反应仪 光化学反应仪器生产厂家 光化学反应仪规格 武汉光化学反应仪 聚合物 郑州光化学反应仪厂家 光催化苯甲醚 光氧化 光催化缺电子吲哚衍生物 光催化生成2-吲哚酮 光催化H2O2 光催化降解装置 光催化合成三氟甲基酮 可见光催化合成苯酚 硝基芳烃 郑州光化学反应仪 光化学反应釜类型 光化学反应仪配套设备 光催化实验 光生电荷 光化学反应釜如何选择 光化学反应仪 光催化合成α-硼基醛 光催化烯烃异构化 光催化烷基溴三氟乙酰化反应 武汉光化学反应仪厂家 上海大学 光氧化还原 光催化生物质脱氢 叠氮化物 光催化尾气分解 光催化还原六价铬 CO2光催化还原 光催化有机污染物降解 邻苯二甲酰亚胺自由基 多位光化学反应仪 光催化实验设备 光合成生物学 磺胺甲恶唑抗生素 武汉光化学反应仪价格 天津光化学反应仪厂家 工业级光化学反应仪 光催化析氢装置 有机合成 重庆大学 大容量光化学反应仪 香港城市大学 南京光化学反应仪选哪个品牌 大连工业大学 光催化炔烃 中国地质大学 多相光催化氧化降解抗生素 光化学反应仪选哪家 Science 光化学反应仪光源 光催化降解环丙沙星 紫外光化学反应仪 光催化应用 光化学反应仪精度 广东工业大学 哈尔滨工业大学 光驱动耦合催化CO2还原为合成气 烯烃 光催化苯甲醚酰胺化反应 可换光源 双供体-受体有机网络光合成过氧化氢 光化学反应仪采购 光化学反应仪转速 光化学反应仪生产厂家 光催化脱硫反应釜 光催化CH4制C2H4 中国科学技术大学 偕溴代硝基环丁烷 光化学反应仪常见问题 光催化合成C₂H₆ 高精密光化学反应仪 光催化合成苯并噻唑衍 g-C3N4 光催化脱羧反应 光化学反应仪哪个品牌好 光催化CO2还原 光化学反应仪进口 bromide 光催化合成α‑叔伯胺 光氧化还原催化芳香醚氢解 有机光催化合成2-哌啶酮 烯醇硅醚转化为α,β-环氧酮 金属笼光催化制氢 光电催化 烯丙基sp3 C–H键烷基化 光催化硫醚化反应 上海光化学反应仪厂家排名 光催化合成过氧化氢 氨基悬链烯烃 光催化丙酮 海南光化学反应仪厂家 加州大学伯克利分校 光催化降解亚甲基蓝 高精密光化学反应仪报价 紫外光化学反应仪厂家 可见光催化伯胺类化合物 可见光催化醛的不对称还原炔丙基化反应 光催化烯丙基醋酸酯 郑州光化学反应仪报价 光催化合成H2O2 西湖大学 开普敦大学 多功能光化学反应仪 光化学反应仪维护 钙钛矿光催化剂 光催化合成含硼杂环化合物 ​Angew 光催化制氢产率 光催化氧化法 大连理工大学 光催化降解磺胺甲恶唑抗生素 剑桥大学 南方科技大学舒伟 平行光反应仪品牌 光催化产氢 光化学反应仪时间设置 光催化丙酮偶联制备2,5-己二酮 光催化水分解产氢 太阳能驱动耦合催化CO2还原为合成气 去芳香性戊烯基化反应 光催化末端烯烃生产伯醇 芳香烯烃高效氧化裂解 光催化还原反应釜 光化学反应仪市场 烯丙基sp3 C–H键的选择性芳基化 实验室级光化学反应仪 光催化环丙烷 脂肪族异硫氰酸酯 光化学反应仪应用 光化学反应仪光源分类 天津光化学反应仪 齐齐哈尔大学 光流体反应器 北京理工大学 陕西科技大学 加州大学洛杉矶分校 β-内酰胺 香港大学 光催化苯甲醚类化合物 光催化析氢 安徽大学 可见光催化从环己酮 二氟烷基自由基加成 光催化1,2-氨基醇合成 多试管光化学反应仪多少钱 ghx光化学反应仪优势 清华大学 三氯甲基化反应 OER 光催化磺胺嘧啶 红外区光化学反应仪 光化学反应仪光源选择 光催化末端烯烃 JACS 亚甲基蓝 上海光化学反应仪报价 光催化氧化反应釜 光化学反应釜报价 光催化原理 光催化三氟乙酰化反应 华中科技大学 高通量光反应仪报价 光化学反应仪哪家好 光催化合成乙烷 光催化矿化产物 CO2 转化为 CO 光催化合成C4化合物 光化学反应仪选购 光催化制苯甲酸 可见光催化葡萄糖 大容量光化学反应仪厂家 常州光化学反应仪厂家 光催化制氢 曼彻斯特大学 溴代烷烃 钍簇 水裂解 光降解反应釜 华南理工大学 可见区光化学反应仪 光催化氧化还原 氮杂环丙烷 拉曼区光化学反应仪 光反应器LED光源 南京理工大学 平行光反应仪 氟聚合物 丙酮光催化脱氢偶联制备2,5-己二酮 光催化氧化糠醛 光反应釜 光催化丙烯醛自由加成反应 光催化反应釜 二维富勒烯 二硫化物光化学合成 光催化合成反应釜 金属氧化物光催化剂 光催化甲烷制甲醇 山东大学 光催化炔烃生产伯醇 喹啉 光催化 光催化还原CO2 东京大学 基于芳基噻蒽鎓盐的烯烃 光催化甲苯 光化学衍生装置 光催化降解法 光催化氧化技术 北京大学 光催化环丙烷的去消旋化 光催化Meerwein型溴芳 有机化合物脱氢偶联 多光源光化学反应仪报价 华中师范大学 光反应器点光源 多试管光化学反应仪价格 光催化降解仪器 光催化析氢设备 多功能光反应仪 光催化烯烃 多光源光化学反应仪厂家 平行光化学反应仪 北京光化学反应仪 实验室光反应釜 大容量光化学反应仪价格 光催化氯化苄自偶联反应 国内光化学反应仪现状 光催化制乙烯 常温常压光解塑料 光化学反应釜厂家 实验室光化学反应仪 有机 光化学反应仪怎么选择 光催化胺烷基化构建α‑叔伯胺 武汉大学 光催化磺胺嘧啶降解 光催化反应器 光催化制氨基酸 光化学反应仪地区分布 光催化水净化器 光催化硝酮 光化学反应仪厂家排名 华东理工大学 光流体微反应器报价 新加坡国立大学 中国矿业大学 光催化制合成三氟甲基酮 光反应器光源 光化学反应仪使用指南 光催化芳基环丙烷和硝酮偶极环加成反应 光催化水分解制氢 光催化有机污染物矿化 上海光化学反应釜 可见光驱动有机转化 光催化合成轴手性N-芳基吡咯 光化学反应仪器厂家 Nature 浙江大学 光催化酰胺化反应 羧酸 工业级光催化降解反应釜 光催化降解有机污染物 光催化剂选择 光催化胺化 前景 插烯反应 光催化三氯甲基烯烃内酯化 光催化芳基环丙烷 羧化反应 中山大学 国内光化学反应仪 南京光化学反应仪哪家好 光催化降解技术 光催化氧化二氧化硫 上海光化学反应仪厂家 光催化过氧化氢 光催化塑料降解 光催化析氢实验装置 光催化降解四环素 光催化烯烃的溴烷基化反应 马来酰亚胺 多试管光化学反应仪厂家 光化学反应仪价格 光化学反应仪设备 宾夕法尼亚大学 光化学反应仪LED光源 光合成 可见光催化烯烃双官能团化反应 多位光化学反应仪厂家 布里斯托大学 水制氢 可见光催化还原炔丙基化反应 纳米光催化剂 烯烃二卤化 江苏大学 国产光化学反应仪 光催化分解水制氢 N-烷基苯胺 普林斯顿大学 南京光化学反应仪 光催化芳香醚氢解 光诱导 南开大学 光催化交流研讨会 PHECOO 可见光催化芳香烯烃氧化裂解 西安交通大学 光化学合成 Au-CeO2 上海光化学反应仪 可见光催化 北京光化学反应仪报价 光催化N-苯基哌啶的去饱和 β-C(sp3)–H酰胺化方法 平行光反应仪厂家排名 精密光化学反应仪 光化学反应仪厂家 光催化制乙烷 光催化技术 光催化制氢反应仪 偶氮苯 多位平行反应釜 光化学反应釜价格 光催化还原制酮 光催化反应原理 四川大学 同济大学 黄素光催化去饱和与环氧反应 光催化产氢装置 复旦大学 阿德莱德大学 光催化合成N-烷基苯胺 芳香族异硫氰酸酯 CO2还原 上海多试管光化学反应仪 光催化合成烯丙基硅化合物 溴烷基化反应 可见光催化二氯化 光催化还原法 光氯化反应釜定制 光化学反应釜 光催化析氢有机耦联反应 光电共催化 光催化硅基羧酸化合物 光化学反应仪波波长选择 光催化还原制烯烃 光催化α-叔碳伯胺合成 加州理工大学 板式微通道反应器 华南师范大学 光化学反应仪哪家比较靠谱 光催化制H2O2 光化学反应仪说明书 光催化脱氢还原 光化学反应仪波波长 光催化炔烃合成N-芳基吡咯类化合物 三甲基氯硅烷 朴玲钰 高通量光反应仪厂家 自由基 急需光化学反应仪 多试管光化学反应仪 磺胺嘧啶 光化学反应仪多少钱 光催化还原 光化学反应仪用途 光催化还原技术 光催化N-苯基哌啶β-C(sp³)–H酰胺化反应 光流体微反应器 贵州大学 光催化水分解 多电子 光催化Meerwein型溴芳基化反应 实验室光催化反应釜 光催化苯甲醚酰胺化 常州光化学反应仪价格 光催化剂种类 多相光催化 光催化合成酰基酮产物 国产光化学反应仪公司 可见光催化氧化脱氢 XPA光化学反应仪 光催化析氢反应器 光催化还原重金属离子 多功能光化学反应仪器 福州大学 光化学 海南光化学反应仪 中国科学院 多相光催化氧化降解废水中抗生素 光催化甲烷 光化学反应仪进口风险 光氯化反应釜厂家 可见光催化葡萄糖产HMF 光催化合成 光催化伯胺类化合物 光流体微反应器厂家

18221306212