加快打造原始创新策源地,加快突破关键核心技术,努力抢占科技制高点,为把我国建设成为世界科技强国作出新的更大的贡献。

——习近平总书记在致中国科学院建院70周年贺信中作出的“两加快一努力”重要指示要求

面向世界科技前沿、面向经济主战场、面向国家重大需求、面向人民生命健康,率先实现科学技术跨越发展,率先建成国家创新人才高地,率先建成国家高水平科技智库,率先建设国际一流科研机构。

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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

2021-07-06 地球环境研究所
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  大气中的氮氧化物(NOx)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NOx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NOx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NOx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 mesoporous Bi@Bi2O3 nanospheres with enhanced visible light-induced photocatalytic oxidation performance for NOx为题,发表在Chemical Engineering Journal2021, 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NOx能力(图4)。该研究成果以Transformation of amorphous Bi2O3 to crystal Bi2O2CO3 on Bi nanospheres surface for photocatalytic NOx oxidation: Intensified hot-electron transfer and reactive oxygen species generation为题,发表在Chemical Engineering Journal2021, 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:12  

1.均一介孔Bi纳米球制备及结构示意图 

2.均一介孔Bi纳米球光催化降解NOx反应机理图

3.Bi@Bi2O2CO3核壳结构制备示意图

4.Bi@Bi2O2CO3核壳结构光催化降解NOx反应机理图  

打印 责任编辑:张芳丹

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