大气中的氮氧化物(包括NO和NO2)是二次有机气溶胶的重要前体物之一，是烟雾的主要成分。纳米光催化是近年来发展起来的一门新兴交叉学科。它以其绿色、高效、低能耗等特点，在环境治理领域展现出广阔的应用前景，尤其为低浓度环境空气污染物的深度处理开辟了新思路。
近日，中科院在光催化降解NOx方面取得新进展。在半导体纳米材料的可控构建及其光催化降解大气污染物性能研究的基础上，针对传统单相催化材料的局限性，设计开发了一系列高效纳米异质结光催化材料，并将其有效应用于降解大气中低浓度no污染物的研究。通过材料的化学组成和微纳结构调控，探索催化材料的结构组成和光催化过程中no的去除& ldquo结构-效果& rdquo关系，揭示其对光催化反应机理的影响。
与传统单相催化材料固有的能带结构相比，异质结催化材料的构建不仅可以控制材料的光吸收阈值，还可以通过控制能带结构实现光生载流子的快速分离，降低电子空空穴的复合程度，提高光催化降解污染物的效率。此外，在光催化降解污染物的过程中，异质结的界面结构决定了界面上载流子转移和传输的方向、污染物的吸附特性以及活性基团的反应性。
基于(BiO)2CO3，该研究组的研究人员制备了& alpha具有良好的循环稳定性和可见光活性，利用了双层结构有利于电子转移的特点。-Bi2O3/(生物)2CO3异质结催化材料大大提高了光生载流子的分离效率。
随后，研究人员利用g-C3N4自我牺牲提供的CO32-基团，通过一步水热法巧妙地合成了厚度可控的Bi2o2co3/g-C3N4层状异质结纳米盘(图1)。异质结的形貌控制和协同催化作用显著提高了异质结对NO的去除效率。深入研究发现，超氧自由基是异质结降解NO过程中的主要活性基团。
图1 Bi2O2CO3/g-C3N4异质结催化材料合成过程此外，由于ABO3的钙钛矿结构具有较大的结构容差，这种新型钙钛矿型复合氧化物的结构和性能具有较宽的可控范围。因此，通过调节两种具有相似晶格结构的钙钛矿材料，制备了LaFeO3-SrTiO3(LFO-STO)异质结光催化材料。实验结果和密度泛函理论(DFT)计算表明，LFO-STO异质结的构建形成了内建电场，能带位置发生变化，界面光生载流子转移和传输有了全新的驱动力，有利于污染物的光催化降解(图2)。
图2 lafeo 3-SrTiO 3异质结的构建和光生载流子传输方向的确定此外，还发现纳米Ag可以通过表面等离子体共振效应吸收可见光，并将激发电子转移到SrTiO3上形成活性氧自由基，从而提高了SrTiO3在可见光下的光催化no去除效率(图3)。
图3 Ag-SrTiO _ 3等离子体效应增强NO催化活性的机理研究在一定范围内，纳米银负载量与光催化去除性能呈正相关。通过改变Ag负载量，可以间接控制光催化能力，表面碱性位(Sr2+)的存在有利于抑制NO2的形成。在后期的研究中，发现合成的Bi/ZnWO4光催化材料也具有类似的等离子体效应。这一系列研究为设计高效、高选择性的纳米光催化材料提供了新的思路。
