近期，Chin Chem Lett在线发表了北京师范大学敖志敏教授课题组的文章，题目: A novel photocatalytic mechanism of volatile organic compounds degradation on BaTiO3 under visible light: Photo-electrons transfer from photocatalyst to pollutant，doi: 10.1016/j.cclet.2024.110078。
挥发性有机化合物（VOCs）是大气污染的主要来源，对环境和健康构成威胁。针对VOCs降解的光催化技术近年来被广泛研究。传统上，光催化研究聚焦于催化剂改性和反应器设计，几乎没有报道过VOCs在光催化过程中与催化剂相互耦合影响光生电子过程的研究。然而，以往的工作中揭示了一种非传统的光催化机制：未经修饰的宽禁带半导体如TiO2、ZnO、Ta2O5能在可见光下有效降解VOCs。这一过程涉及VOCs与催化剂导带之间形成一个可被可见光激发的中间带隙，进一步产生自由基攻击污染物（Environ. Sci.: Nano, 2024, 11, 2415-2427）。因此，作者猜想存在一种宽带隙半导体催化剂的价带与VOCs之间形成可利用可见光的中间带隙，使VOCs发生降解。
在本研究中敖志敏教授带领的研究团队采用实验与密度泛函理论 (DFT) 相结合的方法首次发现宽带隙半导体催化剂的价带会和吸附在其表面的特定VOCs之间形成可以利用可见光的中间带隙，并使VOCs发生降解。
图1. VOCs分子吸附在BaTiO3（001）表面的DOS图。
该工作发现宽带隙半导体催化剂BaTiO3在可见光下可以降解苯乙烯和甲苯，且存在一定的矿化作用。采用密度泛函理论（DFT）计算证实BaTiO3在吸附苯乙烯或甲苯后会在催化剂的价带与VOCs之间形成一个新的窄带隙，这种VOCs与催化剂之间相互耦合作用形成的窄带系可被可见光激发并降解VOCs。通过原位紫外可见吸收光谱实验表明BaTiO3吸附苯乙烯或甲苯后在可见光区域有明显光吸收增强的现象。
图2 连续吸附(a)苯乙烯和(b)甲苯时BaTiO3的原位紫外-可见吸收光谱图
因此，在该机制下对VOCs的光催化降解路径是：VOCs与BaTiO3的价带相互耦合产生窄带隙→被可见光激发的电子由BaTiO3的价带转移至VOCs→得到电子的VOCs与氧气发生降解反应。这项工作不仅丰富了非传统气固光催化降解VOCs的现有理论框架，而且为该领域提供了更全面的认识。这将进一步推动非传统气固光催化技术在环保领域的发展，促进光催化降解VOCs的工业应用。
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