近日，环境与建筑学院大气污染控制团队在《细胞》（Cell）子刊《细胞通讯·物理科学》（Cell Reports Physical Science）上发表了题为氧空位诱导O2活化和电子-空穴迁移增强光热催化甲苯氧化性能（Oxygen-vacancy-induced O2 activation and electron-hole migration enhance photothermal catalytic toluene oxidation）的研究论文。这是我校环建学院张晓东副教授、材化学院徐京城博士与上海交通大学崔立峰教授联合研究成果，上海理工大学为第一单位，环建学院博士生杨阳为第一作者，研究生赵胜昊、毕付坤、陈进峰等以及本科生李垠涛为联合作者，通讯作者为张晓东副教授。
氧空位优化多相催化剂反应路径示意图
据了解，煤炭加工、石油炼制、建筑装修、机动车尾气、包装印刷以及制药等诸多行业的生产过程会产生大量的挥发性有机物（Volatile Organic Compounds，VOCs），危害人体健康。研究发现，这些挥发性有机物种类繁多且浓度较高，不仅会形成臭氧（O3）增加大气氧化性，而且经过一系列氧化、吸附、凝结等过程会形成细颗粒物（PM2.5），对区域空气质量影响明显。因此，国家“十四五”计划已将挥发性有机物的治理列为重点，为了打赢蓝天保卫战，张晓东带领团队开展了挥发性有机物控制和消除等方面的研究，
目前，降解挥发性有机物，大多是采用催化法将其氧化降解为无害的二氧化碳和水蒸气。但挥发性有机物复杂的结构致使其氧化过程中并不是一蹴而就的，会涉及诸多的反应步骤以及产生除二氧化碳、水蒸气之外的中间物种。而通过耦合传统的热催化和光催化技术就能够有效降低能耗（反应所需温度），高效降解挥发性有机物，成为实现“减污降碳”的一种策略。因此，大气污染控制工程团队着手设计催化剂结构（引入氧空位）加速速率，选择一种典型的挥发性有机物——甲苯作为研究对象，探索甲苯光热协同催化过程中氧空位的演化规律，减少反应中出现有害的中间物种，对改善大气复合污染具有重要意义。
催化剂光热催化甲苯中间产物研究
该研究揭示了氧空位的形成途径和其在光热催化过程中的重要作用，为研究催化剂结构、氧空位演化和重建以及与甲苯降解中间产物之间的关系提供了重要理论依据，研究成果具有较高的创新性，对环境污染物的降解机理研究有重要意义，为光热催化技术在VOCs治理中的推广应用提供实践基础。
张晓东副教授面向国家重大需求，系统研究了吸附、热催化、光催化以及光热催化等技术消除挥发性有机物过程中材料结构与性能之间的构效关系以及反应机理。研究工作得到国家自然基金项目（21507086、21906104、12175145）、上海市自然基金项目（19ZR1434900）、上海市青年科技英才扬帆计划（14YF09900）以及启明星计划（21QA1406600）的资助。在ACS催化（ACS Catalysis）、应用催化B：环境（Applied Catalysis B: Environmental）、催化学报（Journal of Catalysis）等期刊发表高水平论文100多篇，其中入选1%ESI高被引论文40多篇，0.1%热点论文20多篇，强有力的支撑了学校环境/生态学、化学、材料以及工程等学科进入全球前1%行列，体现了环建学院近年来在科学研究方面取得显著成效。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.xcrp.2022.101011
供稿：环建学院
