光诱导石墨烯等离子共振改善二氧化锰热催化氧化甲醛性能及机制研究
项目介绍
AI项目解读
基本信息
- 批准号:21707107
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:26.0万
- 负责人:
- 依托单位:
- 学科分类:B0603.大气污染与控制化学
- 结题年份:2020
- 批准年份:2017
- 项目状态:已结题
- 起止时间:2018-01-01 至2020-12-31
- 项目参与者:王珺婷; 刘艳丽; 李源; 姜丽莎; 江天贵;
- 关键词:
项目摘要
Formaldehyde is one of the main gaseous pollutants in indoor air, which is harmful to people's health. It has become a hot topic to develop efficient formaldehyde removal materials in indoor air purification field. The applicant recently found birnessite-type manganese oxides (i.e. δ-MnO2) could decompose low-level indoor formaldehyde at room temperature. A method was proposed to increase the formaldehyde catalytic activity of birneesite-type MnO2 on the basics of previous investigation. In this project, graphene-based MnO2 hybrid was prepared and investigated for catalytic oxidation of HCHO under light irradiation. The catalytic activity of graphene-based MnO2 hybrid for formaldehyde oxidation was enhanced due to the surface plasmon resonance effect of graphene under near infrared radiation. We will design and fabricate good interface of graphene-based MnO2 hybrid through the structure modification of MnO2 (crystal facet control, doping, fabrication of MnO2 quantum dot) in order to regulate surface electronic state via the interface injection of hot electrons. In addition, relationship between interface structure and the catalytic activity was clarified. This result demonstrates a novel approach to efficiently use the inexhaustible solar energy via the assistance of graphene surface plasmon effect, thus, providing a new thought to improve the catalytic activity of birnessite-type MnO2.
甲醛是室内环境中的主要污染物之一,严重影响人体健康。研究高效去除甲醛的方法已经成为室内空气领域的研究热点。申请人前期的研究发现水钠锰矿二氧化锰(δ-MnO2)可以在室温下分解室内空气中低浓度的甲醛。本项目根据前期的认识,提出了一种增强水钠锰矿对甲醛催化氧化活性的方法。该方法基于石墨烯的表面等离子共振效应,将水钠锰矿与石墨烯复合,利用光照下石墨烯的表面等离子共振的热效应改善二氧化锰的热催化氧化甲醛性能。通过对水钠锰矿结构调控(晶面控制、掺杂、量子点制备),有效设计与构筑良好的石墨烯/二氧化锰界面,实现在微观层面水钠锰矿表面电子的调控并阐明光照条件下石墨烯/二氧化锰界面处热电子的产生及转移机制。本项目利用光照条件下石墨烯的表面等离子共振特性,改善了复合材料的光热转换特性,对于提高二氧化锰的热催化性能提供了一种新的思路。
结项摘要
碳材料具有优异的光热转换特性,将其引入传统热催化体系可显著增强材料的热催化活性。石墨烯具有稳定的二维结构,方便进行材料的复合及界面调控。本项目首先采用简单的机械研磨法成功实现了石墨烯与二氧化锰的复合。光照条件下,石墨烯的引入大大提高了复合材料表面的温度,同时界面处发生了轨道杂化导致电子局域化和扩展的派(π)共轭体系,提高了MnO2表面的电荷密度,促进了氧气分子的活化。两者协同促进了复合体系的热催化性能。直接对MnO2结构调控,亦可强化其光热催化特性。W掺杂MnO2后可增加MnO2表面的氧缺陷,同时强化光激发载流子与O2的耦合,促进氧气分子的活化。此外,从提高能量利用效率的角度出发,本项目成功制备多级孔结构的MnO2光热海绵,通过增加光的散射和反射次数提高光能的吸收,提高光致热转化效率。为了寻找成本更低的碳材料作为光热转换的载体,研究发现松木经过NaOH和Na2SO3溶液预处理,900°C惰性气氛活化后具有优异的光致热转换特性,在氙灯光源的照射下(3400W/m2),原始的松木的表面温度为45°C,改性后的松木温度升高至173°C,在相同测试条件下比传统的椰壳活性碳高56°C。综上所述,该项目提供了一种增强传统热催化剂催化性能的新方法,同时对于理解光热催化中界面热电子的产生及转移机制具有一定指导意义。
项目成果
期刊论文数量(10)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(1)
Photo-assisted oxidation of gaseous benzene on tungsten-doped MnO2 at lower temperature
钨掺杂MnO2上气态苯低温光辅助氧化
- DOI:10.1016/j.cej.2020.124387
- 发表时间:2020-05
- 期刊:Chemical Engineering Journal
- 影响因子:15.1
- 作者:Ma Jiami;Wang Jinlong;Dang Yanliu
- 通讯作者:Dang Yanliu
Water Harvesting from the Atmosphere in Arid Areas with Manganese Dioxide
用二氧化锰从干旱地区的大气中收集水
- DOI:10.1021/acs.estlett.9b00713
- 发表时间:2020-01
- 期刊:Environmental Science & Technology Letters
- 影响因子:10.9
- 作者:Wang Jinlong;Dang Yanliu;Meguerdichian Andrew G.;Dissanayake Shanka;Kankanam-Kapuge Tharindu;Barnonte Scott;Tobin Zachary M.;Achola Laura A.;Suib Steven L.
- 通讯作者:Suib Steven L.
Graphene-assisted photothermal effect on promoting catalytic activity of layered MnO2 for gaseous formaldehyde oxidation
石墨烯辅助光热效应促进层状MnO2气态甲醛氧化催化活性
- DOI:10.1016/j.apcatb.2018.08.008
- 发表时间:2018-12-30
- 期刊:APPLIED CATALYSIS B-ENVIRONMENTAL
- 影响因子:22.1
- 作者:Wang, Jinlong;Zhang, Gaoke;Zhang, Pengyi
- 通讯作者:Zhang, Pengyi
Electrothermal regeneration by Joule heat effect on carbon cloth based MnO2 catalyst for long-term formaldehyde removal
焦耳热效应对碳布基MnO2催化剂的电热再生用于长期去除甲醛
- DOI:10.1016/j.cej.2018.09.117
- 发表时间:2019
- 期刊:Chemical Engineering Journal
- 影响因子:15.1
- 作者:Zon Nan;Nie Qing;Zhang Xinrui;Zhang Gaoke;Wang Jinlong;Zhang Pengyi
- 通讯作者:Zhang Pengyi
MnO2/Al foil decorated air cleaner with self-driven property for the abatement of indoor formaldehyde
具有自驱动性能的MnO2/Al箔装饰空气净化器,用于消除室内甲醛
- DOI:10.1016/j.cej.2019.122872
- 发表时间:2020-02
- 期刊:Chemical Engineering Journal
- 影响因子:15.1
- 作者:Xia Yitian;Wang Jinlong;Gu Chuanqi;Ling Yong;Gao Zhongming
- 通讯作者:Gao Zhongming
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其他文献
基于微观划痕的疲劳强度预测
- DOI:10.12068/j.issn.1005-3026.2020.05.014
- 发表时间:2020
- 期刊:东北大学学报. 自然科学版
- 影响因子:--
- 作者:丁明超;张元良;咸宏伟;王金龙
- 通讯作者:王金龙
再制造毛坯疲劳损伤临界阈值及可再制造性判断研究
- DOI:10.3901/jme.2017.05.041
- 发表时间:2017
- 期刊:机械工程学报
- 影响因子:--
- 作者:王金龙;张元良;赵清晨;张洪潮
- 通讯作者:张洪潮
运行条件对换流变压器油纸绝缘油流带电特性的影响
- DOI:10.13336/j.1003-6520.hve.20181126014
- 发表时间:2018
- 期刊:高电压技术
- 影响因子:--
- 作者:陈庆国;王金龙;林林;池明赫;魏新劳
- 通讯作者:魏新劳
制备工艺对FGH4097高温合金微观组织与性能的影响
- DOI:10.11900/0412.1961.2021.00382
- 发表时间:2022
- 期刊:金属学报
- 影响因子:--
- 作者:解磊鹏;孙文瑶;陈明辉;王金龙;王福会
- 通讯作者:王福会
地下水资源战略储备评价与应急利用———以武汉市为例
- DOI:10.11988/ckyyb.20211187
- 发表时间:2022
- 期刊:长江科学院院报
- 影响因子:--
- 作者:吴庆华;汪啸;崔皓东;范越;张伟;王金龙;肖利
- 通讯作者:肖利
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王金龙的其他基金
基于微波定位组装的电焦耳热催化技术及其用于室内嗅味物质去除的研究
- 批准号:
- 批准年份:2020
- 资助金额:63 万元
- 项目类别:面上项目