近日，环境领域国际权威期刊Journal of Hazardous Materials刊发了我组在醌类化合物的均相和多相消除机理研究方面的重要论文: DFT analysis on the removal of dimethylbenzoquinones in atmosphere and water environments: ·OH-initiated oxidation and captured by (TiO2)n clusters (n=1-6)。
大多数VOCs不仅具有生物毒性，而且是二次有机气溶胶的重要前体物，因此全球范围内都致力于对大气中VOCs的污染控制和空气净化等相关工作的研究，挥发有毒化合物的处理过程中的风险评估和降解过程的环境问题已引发广泛的关注。光催化氧化法是一种普遍认可并具有广阔应用前景的VOCs净化技术，特别是二氧化钛(TiO2)因其卓越的光催化氧化性能及无毒价廉等优点而被广泛应用到大气中VOCs的降解研究中，但是由于降解过程存在活性自由基难以捕获、中间产物难于有效分离和鉴定等问题，导致其相关降解机理还不是非常明确，因此研究典型VOCs在TiO2催化剂表面的吸附和催化降解过程，将为消除和控制VOCs对人类健康及其生态环境的影响具有重要的科学意义。
Journal of Hazardous Materials，DOI: 10.1016/j.jhazmat.2019.121636
本文研究了二甲基苯醌在(TiO2)n分子簇表面、TiO2（110）晶面的吸附机理及其•OH引发的在气相和水环境中的光催化降解过程与机制。研究结果发现：二甲基苯醌吸附到TiO2表面的过程是强放热的化学吸附过程，主要以醌氧模式进行吸附。而吸附到TiO2表面的二甲基苯醌极容易被光催化原位生成的表面•OH进攻发生降解反应，该过程主要以•OH加成路径为主，形成烷基加成产物。
通过与无催化剂存在情况下的•OH均相反应的结果对比发现：TiO2催化剂的存在并不会改变二甲基苯醌降解反应的机理，TiO2（110）晶面将有利于提高二甲基苯醌的光催化降解速度。此外，水环境可以可以抑制二甲基苯醌的降解。该论文的结果从分子水平系统阐释了典型VOCs二甲基苯醌在TiO2催化剂表面的吸附机理以及其•OH引发的催化剂界面光催化降解过程，明晰了光催化降解反应机理及其TiO2的催化作用的关系。该研究结果可为大气中挥发性有机物的污染控制提供一定的理论研究基础和科学技术支撑。