近日，我院大气污染控制团队张晓东副教授在《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。该项工作报道了氧空位在优化多相催化剂的结构以及快速消除挥发性有机物的过程中发挥了关键作用。该论文是我院张晓东副教授、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；第一作者为环境与建筑学院博士生杨阳；赵胜昊、毕付坤、陈进峰等研究生以及本科生李垠涛为联合作者，通讯作者为环境与建筑学院张晓东副教授。
氧空位优化多相催化剂反应路径示意图
近年来，我国空气质量持续改善，细颗粒物（PM2.5）污染水平得到有效遏制，但其浓度仍处于高位。并且，O3污染问题仍未得到有效缓解。当前大气污染治理形势依然严峻，国家“十四五”计划已将PM2.5和O3协同治理列为重点。其中，挥发性有机物（Volatile Organic Compounds、VOCs）作为形成PM2.5和O3的重要前体物，其污染防治工作仍然是现阶段我国大气污染防治的重点任务之一。目前，消除VOCs过程中产生的部分中间体具有较高的化学活性和毒性，其对环境的影响往往被忽视。提高催化活性的同时加快中间体的氧化速率是解决上述问题的关键。光热催化技术利用光辅助热催化，能够降低能耗（反应所需温度）高效降解VOCs，是实现“减污降碳”的一种策略。从催化剂的改性角度来看，在催化剂结构中引入氧空位能够有效改善其结构和性能。目前，氧空位与光热效应对甲苯氧化的协同机理尚不清楚。探索甲苯光热氧化过程中中间体的演化规律，进一步促进中间体的快速降解，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。
打赢蓝天保卫战，VOCs治理是新关键点。张晓东副教授面向国家重大需求，开展了VOCs控制和消除等方面的研究，系统研究了吸附、热催化、光催化以及光热催化等技术消除VOCs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，体现我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