近日，環(huán)境與建筑學(xué)院大氣污染控制團(tuán)隊(duì)在《細(xì)胞》（Cell）子刊《細(xì)胞通訊·物理科學(xué)》（Cell Reports Physical Science）上發(fā)表了題為氧空位誘導(dǎo)O2活化和電子-空穴遷移增強(qiáng)光熱催化甲苯氧化性能（Oxygen-vacancy-induced O2 activation and electron-hole migration enhance photothermal catalytic toluene oxidation）的研究論文。這是我校環(huán)建學(xué)院張曉東副教授、材化學(xué)院徐京城博士與上海交通大學(xué)崔立峰教授聯(lián)合研究成果，上海理工大學(xué)為第一單位，環(huán)建學(xué)院博士生楊陽為第一作者，研究生趙勝昊、畢付坤、陳進(jìn)峰等以及本科生李垠濤為聯(lián)合作者，通訊作者為張曉東副教授。
氧空位優(yōu)化多相催化劑反應(yīng)路徑示意圖
據(jù)了解，煤炭加工、石油煉制、建筑裝修、機(jī)動(dòng)車尾氣、包裝印刷以及制藥等諸多行業(yè)的生產(chǎn)過程會(huì)產(chǎn)生大量的揮發(fā)性有機(jī)物（Volatile Organic Compounds，VOCs），危害人體健康。研究發(fā)現(xiàn)，這些揮發(fā)性有機(jī)物種類繁多且濃度較高，不僅會(huì)形成臭氧（O3）增加大氣氧化性，而且經(jīng)過一系列氧化、吸附、凝結(jié)等過程會(huì)形成細(xì)顆粒物（PM2.5），對區(qū)域空氣質(zhì)量影響明顯。因此，國家“十四五”計(jì)劃已將揮發(fā)性有機(jī)物的治理列為重點(diǎn)，為了打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)，張曉東帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)開展了揮發(fā)性有機(jī)物控制和消除等方面的研究，
目前，降解揮發(fā)性有機(jī)物，大多是采用催化法將其氧化降解為無害的二氧化碳和水蒸氣。但揮發(fā)性有機(jī)物復(fù)雜的結(jié)構(gòu)致使其氧化過程中并不是一蹴而就的，會(huì)涉及諸多的反應(yīng)步驟以及產(chǎn)生除二氧化碳、水蒸氣之外的中間物種。而通過耦合傳統(tǒng)的熱催化和光催化技術(shù)就能夠有效降低能耗（反應(yīng)所需溫度），高效降解揮發(fā)性有機(jī)物，成為實(shí)現(xiàn)“減污降碳”的一種策略。因此，大氣污染控制工程團(tuán)隊(duì)著手設(shè)計(jì)催化劑結(jié)構(gòu)（引入氧空位）加速速率，選擇一種典型的揮發(fā)性有機(jī)物——甲苯作為研究對象，探索甲苯光熱協(xié)同催化過程中氧空位的演化規(guī)律，減少反應(yīng)中出現(xiàn)有害的中間物種，對改善大氣復(fù)合污染具有重要意義。
催化劑光熱催化甲苯中間產(chǎn)物研究
該研究揭示了氧空位的形成途徑和其在光熱催化過程中的重要作用，為研究催化劑結(jié)構(gòu)、氧空位演化和重建以及與甲苯降解中間產(chǎn)物之間的關(guān)系提供了重要理論依據(jù)，研究成果具有較高的創(chuàng)新性，對環(huán)境污染物的降解機(jī)理研究有重要意義，為光熱催化技術(shù)在VOCs治理中的推廣應(yīng)用提供實(shí)踐基礎(chǔ)。
張曉東副教授面向國家重大需求，系統(tǒng)研究了吸附、熱催化、光催化以及光熱催化等技術(shù)消除揮發(fā)性有機(jī)物過程中材料結(jié)構(gòu)與性能之間的構(gòu)效關(guān)系以及反應(yīng)機(jī)理。研究工作得到國家自然基金項(xiàng)目（21507086、21906104、12175145）、上海市自然基金項(xiàng)目（19ZR1434900）、上海市青年科技英才揚(yáng)帆計(jì)劃（14YF09900）以及啟明星計(jì)劃（21QA1406600）的資助。在ACS催化（ACS Catalysis）、應(yīng)用催化B：環(huán)境（Applied Catalysis B: Environmental）、催化學(xué)報(bào)（Journal of Catalysis）等期刊發(fā)表高水平論文100多篇，其中入選1%ESI高被引論文40多篇，0.1%熱點(diǎn)論文20多篇，強(qiáng)有力的支撐了學(xué)校環(huán)境/生態(tài)學(xué)、化學(xué)、材料以及工程等學(xué)科進(jìn)入全球前1%行列，體現(xiàn)了環(huán)建學(xué)院近年來在科學(xué)研究方面取得顯著成效。
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.xcrp.2022.101011
供稿：環(huán)建學(xué)院
