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最小化 最大化

北京市海淀区中关村北一街2号
中国科学院化学研究所
光催化及环境光化学课题组
Tel:010-82615942
Fax:010-82617315
Email:jczhao@iccas.ac.cn

课题组简介 课题组简介

最小化 最大化

      低浓度、高毒性、难降解有机污染物(如卤代物、染料、农药、抗生素药物等)引起的环境问题已经严重影响人类的健康。这些主要源自人工合成的污染物毒性大,即使浓度很低也容易引起动物及人类致癌、致畸、致突变性。更重要的是现有环境技术(如生物技术,物理化学技术等)很难将其除去。光催化降解技术以其高效、绿色及有效利用太阳能等优点成为最有产业化应用前景的环境技术之一。课题组长期从事低浓度、高毒性、难降解有机污染物的新型光催化体系以及光催化机理方面的研究。重点研究方向如下:污染物光催化降解新材料、新原理和新方法、大气颗粒物表面光化学过程、微量污染物光化学检测新方法和新原理、光催化绿色有机合成等。课题组职工包括6名研究员及1名副研究员,其中包括中国科学院院士1人,国家杰出青年获得者3人,国家优秀青年基金获得者2人,目前在读研究生36人,在站博士后2人。

 温暖的大家庭:

                    

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

课题组座右铭:

         幼儿般的好奇,探险家般的勇敢,麂鹿般的敏捷,

         炼金士般的持久,梦幻般的激情,

         通融、谦虚、欢乐及幽默

最新研究进展 最新研究进展

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黑碳的非均相光化学老化过程研究取得新进展

      黑碳(soot)一经排放到大气中,就会与大气中的无机、有机气体相互作用,该过程不仅显著影响大气中气体组分的含量与寿命,也会显著改变黑碳的化学组成、结构、光学性质、亲水性等。在这些性质中,黑碳的化学组成对其亲水性、光学性质等有显著的影响。因此研究黑碳非均相老化中化学组成的变化具有重要的意义。

        在该工作中,我们首次研究了黑碳与O2在水中的非均相光化学反应。该非均相反应将黑碳表面非极性的C-H物种氧化成极性的C=O物种,极性物种具有更大的水溶性,因此伴随着光化学反应的发生,黑碳向水中释放溶解性有机物,提高了水相的吸光能力。更重要的是,我们发现黑碳的悬浊液特别是水溶性部分,是产生1O2的高效光敏剂,水溶性黑碳在377 nm光照下,1O2的量子产率达到33 ±2%,比水中大多数溶解性有机物的1O2量子产率高出一个数量级。黑碳在光照下可以有效地降解双酚A,说明黑碳可以显著影响水相共存有机污染物的环境寿命。因此,黑碳在水相中的光老化可通过有机物的释放和降解显著影响水相化学组成。该工作不仅研究了黑碳在水中非均相光化学老化过程,也揭示了该过程对水环境的影响:黑碳通过向水中释放溶解性有机物和利用产生的1O2降解水中共存的污染物来影响水环境的化学组成,进而影响水环境的性质。研究结果发表在Environmental Science & Technology(2019,DOI:10.1021/acs.est.9b02773)上。

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内容

黑碳光化学老化机制研究取得新进展

       

        黑碳(Soot)是由生物质燃料和化石燃料不完全燃烧产生的一种碳颗粒物种,是大气气溶胶的重要组成成分,对全球气候变化具有重要影响黑碳对可见光和红外光具有强烈吸收,这些吸收能够引发黑碳自身的光化学反应、促进其老化,从而影响大气环境。因此,光化学老化作为黑碳老化的重要途径而受到关注。 

  在国家自然科学基金委、科技部和中国科学院的大力支持下,中科院化学所光化学院重点实验室科研人员近年来在黑碳的光化学老化机制方面开展了深入研究。黑碳主要由元素碳(碳骨架)和有机碳(有机物)组成。以前的研究认为,黑碳的光化学老化主要是由其有机碳部分吸收太阳光、发生光化学氧化所致,其中对太阳光具有强烈吸收作用的元素碳部分则被认为是光化学惰性的。他们利用黑碳中元素碳和有机碳对红光和蓝光的不同吸光特性,研究了红光(l = 648 nm)和蓝光(l = 440 nm)两种波长光照射下黑碳的光化学老化,从实验上直接证明了元素碳可以吸光而引发有机碳的光化学反应。进一步研究还表明由元素碳吸光所导致的有机碳光化学反应和由有机碳本身吸光所引起的老化在产物和机理上有着本质区别:前者主要通过电子转移生成不饱和醛酮;后者则主要通过能量转移生成饱和醛酮。 

  这一研究揭示了元素碳吸光引发有机碳的光化学反应对黑碳的光化学老化起着非常重要的作用。首先,元素碳将黑碳发生光化学老化的有效光谱拓展到了红光区域。红光在太阳光谱中占有很大的比例,特别是在多云天气或太阳天顶角较小时,元素碳吸光将在黑碳光化学老化中起着决定性作用。其次,元素碳的光化学活性对大气气体在黑碳表面的持续性摄取产生显著影响, 可以起到类似催化剂的作用。论文发表于PNAS, 2018, 115, 7717  

 

  1 元素碳参与下有机碳光化学反应机理与有机碳自身光解反应机理