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        地球環境所等在鉍系等離子體光催化材料降解NOx 研究中獲進展

        2021-07-06 地球環境研究所
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          大氣中的氮氧化物(NOx)是二次氣溶膠和臭氧形成的重要前體物。因此,開發出高效的NOx光催化控制技術對大氣污染防治具有重要意義。鉍(Bi)元素在地殼中儲量豐富,具有較高的環境材料利用價值。Bi單質有效質量小、平均自由程大、帶隙重疊小,前期的研究結果表明其具有較好的等離子體效應。然而,由于其自身結構缺陷,等離子體Bi存在氧化能力弱、活性氧物種少、電子遷移率低等問題,限制了其光催化去除NOx的實際應用。

          中國科學院地球環境研究所研究員黃宇團隊聯合西安交通大學、香港理工大學等科研團隊,通過低溫化學刻蝕技術,制備出具有均一介孔結構的等離子體Bi納米球(圖1)。與常規介孔結構相比,該Bi球孔徑分布窄(3.2-3.9 nm)且費米能級位置低、氧化能力強,光催化活性顯著提高。在可見光照射下,該Bi納米球去除NOx效率提升了16%,且抑制了有毒副產物的生成(圖2)。該研究成果以Chemical etching fabrication of uniform mesoporous Bi@Bi2O3 nanospheres with enhanced visible light-induced photocatalytic oxidation performance for NOx為題,發表在Chemical Engineering Journal2021, 406, 126910)上。

          進一步地,針對等離子體Bi表面易氧化生成無定形Bi2O3,導致其自身熱電子傳輸和光催化活性氧物種生成受到抑制等問題,研究團隊利用尿素作為炭源,經過二次水熱法,將單質Bi球表面無定形Bi2O3轉化為結晶Bi2O2CO3,制備出Bi@Bi2O2CO3核殼結構(圖3)。結晶Bi2O2CO3作為Bi等離子體熱電子傳輸通道,可有效實現電子的快速遷移,在催化劑表面產生豐富的活性氧物種,從而提高氧化NOx能力(圖4)。該研究成果以Transformation of amorphous Bi2O3 to crystal Bi2O2CO3 on Bi nanospheres surface for photocatalytic NOx oxidation: Intensified hot-electron transfer and reactive oxygen species generation為題,發表在Chemical Engineering Journal2021, 420, 129814)上。 

          研究工作得到國家重點研發計劃納米專項、國家自然科學基金和中科院戰略性先導科技專項的支持。 

          論文鏈接:1、2  

        1.均一介孔Bi納米球制備及結構示意圖 

        2.均一介孔Bi納米球光催化降解NOx反應機理圖

        3.Bi@Bi2O2CO3核殼結構制備示意圖

        4.Bi@Bi2O2CO3核殼結構光催化降解NOx反應機理圖  

        打印 責任編輯:張芳丹

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