近日，中國科學院上海硅酸鹽研究所研究員孫靜團隊(納米功能材料與光電應用課題組)在氧化鈦基復合材料降解VOCs催化劑抗失活機制研究中取得進展。研究人員根據稀土元素特殊的4f電子結構和氧化還原石墨烯(rGO)的電子遷移率高、片層結構、理論比表面積大、大π鍵(與苯環類似)等特點，對TiO2的微觀結構及光電學性質進行結構設計，使其光催化降解性能及抗失活性能顯著提升。相關研究成果以Deactivation and Activation Mechanism of TiO2 and rGO/Er3+-TiO2 during Flowing Gaseous VOCs Photodegradation為題，發表在Appl. Catal. B, 284 (2021) 119813上，并申請了一項專利。上海硅酸鹽所2016級碩博連讀研究生饒澤鵬為論文第一作者，研究員謝曉峰和孫靜為論文的通訊作者。
 

　　研究人員采用 “兩步法”，制備出光催化劑rGO/Er3+-TiO2，此復合光催化劑對氣相鄰二甲苯(<100 ppm)展現出高效的光催化性能及優異的穩定性，對25 ppm的鄰二甲苯的降解效率達100%，反應40 h后無明顯失活現象。對比樣TiO2和Er3+-TiO2樣品光催化反應60 min后明顯失活，其中，導致催化劑失活的主要原因是中間產物累積在催化表面，占據了反應活性位點。該研究首次揭示出rGO的引入不僅為氣體污染物的吸附提供了更多空間，而且為中間產物提供了額外的吸附位點，從而保證了催化劑本征的反應活性位點的充分暴露，使其具有長效的光催化活性。該研究對光催化劑的失活和活化機理提供了新認識，為解決光催化材料在降解VOCs過程中面臨的失活問題提供了解決策略。
 

　　研究工作得到首批國家重點研發計劃、國家自然科學基金等項目的支持。
 

　　圖1.0.1g 樣品(a)對鄰二甲苯的降解曲線，(b)CO2生成曲線，(c)光催化效率和礦化率
 

圖2.光催化活性提高和阻止光催化劑的失活示意圖