地球环境所等在铋系等离子体光催化材料降解nox 研究中获进展 -凯发k8国际首页登录

大气中的氮氧化物（no_x）是二次气溶胶和臭氧形成的重要前体物。因此，开发出高效的no_x光催化控制技术对大气污染防治具有重要意义。铋（bi）元素在地壳中储量丰富，具有较高的环境材料利用价值。bi单质有效质量小、平均自由程大、带隙重叠小，前期的研究结果表明其具有较好的等离子体效应。然而，由于其自身结构缺陷，等离子体bi存在氧化能力弱、活性氧物种少、电子迁移率低等问题，限制了其光催化去除no_x的实际应用。

　　中国科学院地球环境研究所研究员黄宇团队联合西安交通大学、香港理工大学等科研团队，通过低温化学刻蚀技术，制备出具有均一介孔结构的等离子体bi纳米球（图1）。与常规介孔结构相比，该bi球孔径分布窄（3.2-3.9 nm）且费米能级位置低、氧化能力强，光催化活性显著提高。在可见光照射下，该bi纳米球去除no_x效率提升了16%，且抑制了有毒副产物的生成（图2）。该研究成果以chemical etching fabrication of uniform mesoporousbi@bi₂o₃ nanospheres with enhanced visible light-induced photocatalytic oxidation performance for no_x为题，发表在chemical engineering journal（2021, 406, 126910）上。

　　进一步地，针对等离子体bi表面易氧化生成无定形bi₂o₃，导致其自身热电子传输和光催化活性氧物种生成受到抑制等问题，研究团队利用尿素作为炭源，经过二次水热法，将单质bi球表面无定形bi₂o₃转化为结晶bi₂o₂co₃，制备出bi@bi₂o₂co₃核壳结构（图3）。结晶bi₂o₂co₃作为bi等离子体热电子传输通道，可有效实现电子的快速迁移，在催化剂表面产生丰富的活性氧物种，从而提高氧化no_x能力（图4）。该研究成果以transformation of amorphous bi₂o₃ to crystal bi₂o₂co₃on bi nanospheres surface for photocatalytic no_xoxidation: intensified hot-electron transfer and reactive oxygen species generation为题，发表在chemical engineering journal（2021, 420, 129814）上。

　　研究工作得到国家重点研发计划“纳米专项”、国家自然科学基金和中科院战略性先导科技专项的支持。

　　论文链接：、　　

图1.均一介孔bi纳米球制备及结构示意图

图2.均一介孔bi纳米球光催化降解no_x反应机理图

图3.bi@bi₂o₂co₃核壳结构制备示意图

图4.bi@bi₂o₂co₃核壳结构光催化降解no_x反应机理图　　

研究团队单位：地球环境研究所