地球环境所在纳米光催化去除环境大气NOx研究中取得进展

　　近期，中国科学院地球环境研究所研究员黄宇与西安交通大学、陕西师范大学等合作，就新型纳米光催化材料可控制备、光生载流子高效分离、催化反应过程鉴别及界面反应机制开展研究，取得系列成果。

　　利用原位合成的方法，研究团队可控制备出具有高质量界面接触和强氧化还原能力的Z型α-Bi₂O₃/CuBi₂O₄异质结。DFT计算结果表明，两者复合形成界面结构后，有3.6e个电子从α-Bi₂O₃转移到CuBi₂O_4。光电流和荧光结果进一步表明，Z型异质结α-Bi₂O₃/CuBi₂O₄界面对光生载流子的分离与传输有显著的促进作用。活性测试的结果表明，α-Bi₂O₃与CuBi₂O₄构建成Z型异质结后，能通过促进光生载流子的分离传输效率将其NO的可见光去除效率提升1.8倍。

　　利用原位表面还原的方法，研究团队可控制备出Bi-BiPO₄（BPO）复合纳米光催化材料，促进了催化反应过程中O₂的吸附活化与活性自由基的生成。相较于几乎没有可见光活性的BPO，Bi-BPO对NO的可将光去除率可达32.8%，并能保持良好的稳定性。可控制备出Au纳米颗粒负载的La掺杂Bi₅O₇I（A-L-BOI）微球，增强了L-BOI在可见光区域的吸光能力，La的掺杂则在BOI表面上形成了大量氧空位，有效增强了NO的去除效率并能同时抑制毒副产物NO₂的生成。利用碳量子点（CQDs）的上转化特性，研究团队可控制备了CQDs/ZIF-8复合材料。实验结果表明，CODs的引入一方面可拓宽材料的光吸收范围至整个可见光区，另一方面显著增强了ZIF-8的电子分离效率，进而实现了NO的高效去除。通过N元素掺杂，强化碳量子点的上转化特性，研究团队可控制备了N/CQDs-MIL-125(Ti)复合材料。原位红外光谱的结果表明，N/CQDs负载MIL-125(Ti)在光反应阶段存在Ti⁴⁺-NO向Ti³⁺-NO转化的过程（图5），是毒副产物NO₂被抑制产生的关键所在。

　　相关研究为构建高可见光催化活性及高NO选择性的纳米光催化空气净化材料提供有效的调控策略。

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　　图1. (a) 紫外可见光吸收图谱；(b) 光电流分析图；(c) 荧光信号分析图；(d)、(e) α-Bi₂O₃ 和CuBi₂O₄ 功函数图；(f)α-Bi₂O₃/CuBi₂O₄ Z型异质结界面差分电荷图

　　图2. Bi-BPO 等离子光催化氧化NO反应机理示意图

　　　图3. 2％A-6％L-BOI光催化氧化NO反应机理示意图

　　图4. (a) CODs、ZIF-8和0.5-CQDs/ZIF-8材料的UV-vis光谱；(b)ZIF-8的XPS价带谱

　　图5. (a)可见光条件下MIL-125(Ti)；(b) 2.5 Vol% N/CM(Ti)光催化NO的原位光谱图