近日，環(huán)境與建筑學院大氣污染控制團隊在《細胞》（Cell）子刊《細胞通訊·物理科學》（Cell Reports Physical Science）上發(fā)表了題為氧空位誘導O2活化和電子-空穴遷移增強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)建學院張曉東副教授、材化學院徐京城博士與上海交通大學崔立峰教授聯合研究成果，上海理工大學為第一單位，環(huán)建學院博士生楊陽為第一作者，研究生趙勝昊、畢付坤、陳進峰等以及本科生李垠濤為聯合作者，通訊作者為張曉東副教授。
氧空位優(yōu)化多相催化劑反應路徑示意圖
據了解，煤炭加工、石油煉制、建筑裝修、機動車尾氣、包裝印刷以及制藥等諸多行業(yè)的生產過程會產生大量的揮發(fā)性有機物（Volatile Organic Compounds，VOCs），危害人體健康。研究發(fā)現，這些揮發(fā)性有機物種類繁多且濃度較高，不僅會形成臭氧（O3）增加大氣氧化性，而且經過一系列氧化、吸附、凝結等過程會形成細顆粒物（PM2.5），對區(qū)域空氣質量影響明顯。因此，國家“十四五”計劃已將揮發(fā)性有機物的治理列為重點，為了打贏藍天保衛(wèi)戰(zhàn)，張曉東帶領團隊開展了揮發(fā)性有機物控制和消除等方面的研究，
目前，降解揮發(fā)性有機物，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)性有機物復雜的結構致使其氧化過程中并不是一蹴而就的，會涉及諸多的反應步驟以及產生除二氧化碳、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就能夠有效降低能耗（反應所需溫度），高效降解揮發(fā)性有機物，成為實現“減污降碳”的一種策略。因此，大氣污染控制工程團隊著手設計催化劑結構（引入氧空位）加速速率，選擇一種典型的揮發(fā)性有機物——甲苯作為研究對象，探索甲苯光熱協同催化過程中氧空位的演化規(guī)律，減少反應中出現有害的中間物種，對改善大氣復合污染具有重要意義。
催化劑光熱催化甲苯中間產物研究
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，為研究催化劑結構、氧空位演化和重建以及與甲苯降解中間產物之間的關系提供了重要理論依據，研究成果具有較高的創(chuàng)新性，對環(huán)境污染物的降解機理研究有重要意義，為光熱催化技術在VOCs治理中的推廣應用提供實踐基礎。
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消除揮發(fā)性有機物過程中材料結構與性能之間的構效關系以及反應機理。研究工作得到國家自然基金項目（21507086、21906104、12175145）、上海市自然基金項目（19ZR1434900）、上海市青年科技英才揚帆計劃（14YF09900）以及啟明星計劃（21QA1406600）的資助。在ACS催化（ACS Catalysis）、應用催化B：環(huán)境（Applied Catalysis B: Environmental）、催化學報（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%熱點論文20多篇，強有力的支撐了學校環(huán)境/生態(tài)學、化學、材料以及工程等學科進入全球前1%行列，體現了環(huán)建學院近年來在科學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)建學院
