1 1.西南石油大学 油气藏地质及开发工程全国重点实验室, 成都 610500
2 2.西南石油大学 新能源与材料学院, 成都 610500
室内甲醛污染已成为影响人类生命健康的重要问题之一。以氧气为氧化剂的催化氧化甲醛技术以其条件温和、无毒副产物等优势而受到广泛关注, 但是开发经济高效的催化材料仍然面临巨大的挑战。本工作通过一步水热法制备了α-Ni(OH)2, 并研究了其催化氧化甲醛机理。测试结果表明, 以水为溶剂、硝酸镍为镍源制备的α-Ni(OH)2在室温下催化氧化甲醛效率最高, 达到71.2%。原位红外和理论计算分析发现, 由于α-Ni(OH)2表面丰富的羟基官能团, 吸附的甲醛与α-Ni(OH)2表面羟基之间存在强烈的相互作用, 增强了对甲醛的活化, 在无氧气条件下实现了甲醛氧化。另一方面, 不同条件处理的α-Ni(OH)2的XPS分析证实了催化氧化甲醛的活性位点为Ni3+, 且氧气可加速Ni3+活性位点的回复。α-Ni(OH)2表面羟基协同活性位点Ni3+促进了甲醛的催化氧化, 这与传统氧气解离为速控步的甲醛氧化反应路径明显不同。本研究提出了表面羟基协同活性位点促进甲醛氧化的反应机理, 为催化氧化甲醛技术的实际应用提供了理论基础。
催化氧化甲醛 表面羟基 反应机理 反应路径 catalytic formaldehyde oxidation surface hydroxyl reaction mechanism reaction path
福州大学光催化研究所, 福建省光催化重点实验室, 福建 福州350002
表面羟基是TiO2表面性质的一个重要组成部分, 是TiO2光催化活性的一个重要影响因素。 在光催化反应过程中, TiO2的表面羟基不仅能够与光生空穴反应生成羟基自由基（OH·）, 而且还可能成为有机物的吸附中心而改变反应物的吸附形态并影响反应物分子的催化反应, 因此, 研究TiO2的表面羟基有助于更深刻理解光催化反应机理。 本工作以金红石TiO2为研究对象, 在自制的原位红外测试系统中探测了样品在经过不同温度真空处理后, 样品表面羟基的数量、 种类和分布的变化; 以甲苯为反应探针分子, 采用原位FTIR技术研究了不同表面羟基对甲苯的吸附作用和光催化反应性能。 结果表明, 金红石TiO2表面含两种热稳定性不同的羟基, 一类是在高温下保持相对稳定的孤立羟基, 其红外吸收波数在3 724, 3 700, 3 652 cm-1, 其中3 652 cm-1的吸收强度最大; 另一类是热稳定性较差的氢键羟基, 其红外吸收波数在3 648, 3 610, 3 413, 3 362 cm-1, 这些羟基在热处理温度为250 ℃时几乎消失。 在吸附甲苯的过程中, 只有吸收波数在3 648, 3 610和3 652 cm-1的羟基强度减小, 是甲苯的吸附中心, 而其余羟基几乎不变。
金红石TiO2 表面羟基 甲苯 吸附 光催化 Rutile TiO2 Surface hydroxyl groups Toluene Adsorption Photocatalytic 光谱学与光谱分析
2014, 34(5): 1229
