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主要从事半导体光电材料的设计合成,光催化降解有机污染物和光催化还原CO2的机理研究。主持国家自然科学基金青年项目、武汉市科技局曙光计划项目、武汉纺织大学创新基金等项目4项;以第一作者身份在ACS Catal.、Appl. Catal. B: Environ.、J. Hazard. Mater.、ACS Appl. Mater. Interfaces等学术期刊发表论文十余篇。曾在国内外重要学术会议做口头报告达十余次,荣获学术报告一等奖3次,二等奖1次,三等奖1次,荣获湖北省自然科学奖二等奖(2023年)。指导及协助指导多名硕士研究生,毕业顺利入职武汉烟草、菲利华等大型企业或其他事业单位;指导多名大学生创新性实验项目,其中2020级本科生唐芳艺获湖北省第十四届大学生化学(化工)学术创新成果报告会二等奖。

【1】“受阻路易斯酸碱对”–金属团簇双位点诱导氯酚活化及其光催化降解机理研究,国家自然科学基金青年项目,30万,主持,在研
【2】铋基材料表面“受阻路易斯酸碱对”的构筑及光催化降解氯酚类污染物的机理研究,武汉市科技局曙光计划,10万,主持,结题
【3】表面羟基在光化学活化和降解氯酚类污染物中的作用机制研究,武汉纺织大学青年基金培育项目,2万,主持,结题
【4】武汉纺织大学科研启动经费,15万,主持,结题
【5】氧空位调控活性氧物种促进氯酚类有机污染物光催化降解机制研究,生物质纤维与生态染湖北省重点实验室开放课题,0.5万,主持,结题
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支持扩展名:.rar .zip .doc .docx .pdf .jpg .png .jpeg【1】“受阻路易斯酸碱对”–金属团簇双位点诱导氯酚活化及其光催化降解机理研究,国家自然科学基金青年项目,30万,主持,在研
【2】铋基材料表面“受阻路易斯酸碱对”的构筑及光催化降解氯酚类污染物的机理研究,武汉市科技局曙光计划,10万,主持,结题
【3】表面羟基在光化学活化和降解氯酚类污染物中的作用机制研究,武汉纺织大学青年基金培育项目,2万,主持,结题
【4】武汉纺织大学科研启动经费,15万,主持,结题
【5】氧空位调控活性氧物种促进氯酚类有机污染物光催化降解机制研究,生物质纤维与生态染湖北省重点实验室开放课题,0.5万,主持,结题
研究成果一:多尺度电荷传递网络驱动光催化水体净化
相关研究聚焦催化剂体相-界面-反应体系的跨尺度电荷传递网络(图1),系统揭示了光生载流子从产生到利用的全链条动力学规律。通过缺陷构筑、表面修饰、晶面调控等手段构建梯度能级结构,催化剂体相载流子分离效率显著提升;通过金属沉积和电子结构优化,增强分子氧活化,精准调控活性氧物种的生成与转化;利用受阻路易斯酸碱对位点的“推-拉”电子效应,增强污染物与催化剂界面的电子转移。通过优化催化剂内部(体相和界面)、催化剂与分子氧、污染物之间的电子转移过程,使水体有机污染物的降解和矿化效率得到大幅提高。

图1 多尺度电荷传递网络的构建
研究成果二:活性氧物种的光化学调控
基于光催化的高级氧化技术可以直接利用太阳光的能量,诱导产生种类众多、数量庞大的活性氧物种(ROS)参与有机污染物降解,被认为是污染控制和环境修复方面极具潜力的技术手段之一。实现ROS的光化学诱导增强和精准调控对促进有机污染物的高效降解意义重大。但不同类型的ROS之间的相互影响和相互转化的复杂机制使得ROS的光化学精准调控变得困难重重,深入理解不同类型ROS介导的有机污染物降解机制也充满挑战。鉴于此,发展分子氧活化增强的光化学技术手段,实现ROS的全面增强和精准调控有利于深刻理解ROS在污染物降解过程中的作用机制。揭示ROS介导的污染物降解和解毒机制有助于人们更加科学、精准和高效处理环境污染物,进而实现生态环境的改善。
相关研究通过缺陷构筑、表面修饰、晶面调控等手段,合成了不同界面特性的高效光催化剂,实现了光诱导活性氧物种的精准调控(图2)。探究了超氧阴离子自由基、单线态氧和表面羟基等物种在水体有机污染物高效降解、深度矿化和脱氯解毒过程中的作用机制。揭示了异相催化过程中活性氧物种的游离态、吸附态和原位诱导的三位一体的光化学调控机制,实现了水体有机污染物的高效光催化降解和深度矿化解毒,提出了活性氧物种介导的多氯酚污染治理和光化学修复策略。

图2 活性氧物种的光化学调控
(1) Xiao Xu; Yaya Cui; Ting Chen; Kai Jiang; Jian Wang; Yao Xiao; Xianglong Yang; Junjiang Zhu; Hao Chen*; Xing Ding*; Dual-Site Synergetic Photochemical Activation of Chlorinated PhenolsTriggered by Surface Hydroxyls of Photocatalysts under Visible Light, ACS Catalysis, 2023, 13:4700
(2) Xiao Xu; Jian Wang; Ting Chen; Nan Yang; Shengyao Wang; Xing Ding*; Hao Chen*; DeepInsight into ROS Mediated Direct and Hydroxylated Dichlorination Process for EfficientPhotocatalytic Sodium Pentachlorophenate Mineralization, Applied Catalysis B-Environmental, 2021,296: 120352
(3) Xiao Xu; Haotian Liu; Jian Wang; Ting Chen; Xing Ding; Hao Chen*; Insight into SurfaceHydroxyl Groups for Environmental Purification: Characterizations, Applications and Advances,Surfaces and Interfaces, 2021, 25: 101272
(4) Xiao Xu; Nan Yang; Pei Wang; Shengyao Wang; Yonggang Xiang; Xiaohu Zhang; Xing Ding*; HaoChen*; Highly Intensified Molecular Oxygen Activation on Bi@Bi2MoO6 via a Metallic Bi-CoordinatedFacet-Dependent Effect, ACS Applied Materials & Interfaces, 2020, 12: 1867
(5) Xiao Xu; Xing Ding; Xianglong Yang; Pei Wang; Shu Li; Zhexue Lu; Hao Chen*; OxygenVacancy Boosted Photocatalytic Decomposition of Ciprofloxacin over Bi2MoO6: Oxygen VacancyEngineering, Biotoxicity Evaluation and Mechanism Study, Journal of Hazardous Materials, 2019, 364: 691

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