新款13X分子篩廠家光熱催化氧化VOCs：光驅(qū)動(dòng)熱催化氧化法、光驅(qū)動(dòng)光熱協(xié)同催化氧化法

　　新款13X分子篩生產(chǎn)廠家光熱催化氧化VOCs：光驅(qū)動(dòng)熱催化氧化法、光驅(qū)動(dòng)光熱協(xié)同催化氧化法。研究背景：VOCs是指在常溫下，沸點(diǎn)50～260 ℃的各種有機(jī)化合物，能參與大氣環(huán)境中臭氧、光化學(xué)煙霧、二次氣凝膠的形成，是加劇大氣復(fù)合污染的重要因素，直接影響人類健康和經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展。VOCs主要來源于工業(yè)生產(chǎn)、機(jī)動(dòng)車排放等人類生產(chǎn)生活活動(dòng)。目前，VOCs的末端治理技術(shù)主要包括吸收、吸附、冷凝、膜分離、熱催化、等離子體、光催化和生物降解等技術(shù)。其中，催化氧化法能夠在催化劑的參與下，將VOCs污染物在較低溫度下較徹底轉(zhuǎn)化為無毒的CO2和H2O，被認(rèn)為是最有效的VOCs消除方法之一。催化氧化技術(shù)主要包括熱催化氧化技術(shù)和光催化氧化技術(shù)。針對(duì)VOCs催化氧化，設(shè)計(jì)制備高效、經(jīng)濟(jì)的催化劑，并通過對(duì)催化作用機(jī)制、再生機(jī)理等科學(xué)問題的研究，有效保證VOCs催化劑的長(zhǎng)效和有效運(yùn)行，不僅是關(guān)鍵科學(xué)問題，更是重要的實(shí)際應(yīng)用問題。

　　摘 要

　　揮發(fā)性有機(jī)污染物(volatile organic compounds，VOCs)是加重大氣復(fù)合污染的重要前體物之一。催化氧化技術(shù)是在催化劑的作用下，將VOCs氧化分解為無毒的CO2和H2O，是目前最有效的治理手段之一。綜述了國(guó)內(nèi)外VOCs催化氧化技術(shù)的研究進(jìn)展，針對(duì)傳統(tǒng)的熱催化氧化技術(shù)的高能耗和光催化凈化技術(shù)的低效率等問題，重點(diǎn)總結(jié)了光熱催化劑的設(shè)計(jì)理念和對(duì)其作用機(jī)制的認(rèn)知，展望了VOCs光熱催化氧化技術(shù)未來的發(fā)展應(yīng)用方向。

　　01

　　熱催化氧化VOCs

　　熱催化氧化技術(shù)是通過升溫供能的方式依靠催化劑將VOCs氧化分解，使得氣體得到凈化(圖1)，其處理對(duì)象廣、二次污染少、市場(chǎng)認(rèn)可度高，核心是高性能催化材料的研發(fā)。用于VOCs催化燃燒的非貴金屬催化劑主要包括Mn、Ce、Fe、Co、Cu、Ni等金屬氧化物，價(jià)格低廉，但往往遇到催化活性較低，起燃溫度高、運(yùn)行能耗高等問題。貴金屬催化劑活性高，起燃溫度低，有利于降低設(shè)備運(yùn)行能耗和費(fèi)用，但價(jià)格昂貴，大量負(fù)載將加大投資成本，易與含硫含氯化合物作用而導(dǎo)致催化劑失效，高溫反應(yīng)易燒結(jié)引起材料活性降低。基于此，近年來國(guó)內(nèi)外一直致力于開發(fā)能在溫和條件下高效催化凈化VOCs的新型非貴金屬及其低貴金屬催化材料，相關(guān)策略包括：

　　1)設(shè)計(jì)催化劑制備方法，構(gòu)筑不同非貴金屬間的界面效應(yīng)或調(diào)控貴金屬活性組分與催化劑載體之間的相互作用，改善貴金屬有效負(fù)載和高度分散以及催化劑氧化還原性質(zhì)、氧遷移性、反應(yīng)物的吸附活化能力;

　　2)調(diào)控催化劑表面功能團(tuán)，調(diào)控增強(qiáng)催化材料抗硫、抗氯、抗水汽、抗燒結(jié)能力;

　　3)通過設(shè)計(jì)催化劑載體的形貌、多級(jí)孔結(jié)構(gòu)，促進(jìn)貴金屬/非貴金屬活性組分的高度分散、VOCs的擴(kuò)散與限域富集。表1總結(jié)了近年來文獻(xiàn)報(bào)道的貴金屬和非貴金屬型催化劑熱催化氧化VOCs性能。盡管熱催化氧化技術(shù)在VOCs控制治理中的應(yīng)用最為廣泛，但其催化反應(yīng)能耗也較高。

　　圖1 熱催化氧化揮發(fā)性有機(jī)化合物的基本原理

　　表1 催化劑熱催化氧化VOCs性能比較

　　02

　　光催化氧化VOCs

　　以半導(dǎo)體材料為催化劑的多相光催化氧化反應(yīng)可室溫條件反應(yīng)，可直接利用太陽(yáng)光作活化催化劑并驅(qū)動(dòng)氧化還原反應(yīng)，是一種低能耗的理想技術(shù)。光催化氧化技術(shù)是指半導(dǎo)體催化劑在光的輻照下，電子從價(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶位置，在導(dǎo)帶形成光生電子，在價(jià)帶形成光生空穴。光生電子空穴對(duì)的還原氧化性質(zhì)能夠降解VOCs，還可以與吸附在催化劑表面的O2或H2O充分接觸后，生成超氧自由基或羥基自由基等。這些強(qiáng)氧化性自由基與VOCs通過一系列的化學(xué)反應(yīng)，最終將VOCs降解為CO2和H2O，如圖2所示。TiO2基于優(yōu)異的紫外光響應(yīng)、載流子的強(qiáng)氧化能力和良好的穩(wěn)定性，是目前處理VOCs研究最為廣泛的光催化劑，但其帶隙較寬，僅對(duì)紫外光有響應(yīng)，在很大程度上限制了對(duì)太陽(yáng)光的利用。近年來，人們一直致力于拓寬催化劑光譜的響應(yīng)范圍，相關(guān)策略包括：

　　1)對(duì)現(xiàn)有催化劑的結(jié)構(gòu)和組成進(jìn)行改性，具體體現(xiàn)在通過減小晶粒尺寸、過渡金屬離子摻雜、非金屬離子摻雜、表面光敏化、半導(dǎo)體復(fù)合、制備中孔結(jié)構(gòu)光催化劑等;

　　2)開發(fā)新型的光催化劑，如Pt-Bi2WO6、BiVO4/TiO2等。表2比較了近些年來文獻(xiàn)報(bào)道的催化劑光催化降解VOCs性能。這些研究將光催化響應(yīng)范圍拓展到可見光區(qū)域，但對(duì)近紅外光的利用難度仍較大。降低禁帶寬度雖然會(huì)使催化劑吸收光子數(shù)目增加，但超出禁帶寬度能量的光子能量將會(huì)通過電子-聲子等相互作用損失。此外，大部分光生電子和空穴因在體相和表面遷移處復(fù)合而得不到有效利用，導(dǎo)致光催化氧化技術(shù)在處理難降解VOCs時(shí)活性不高、高空速VOCs時(shí)凈化效率不高、快速失活等問題。

　　圖2 光催化氧化去除揮發(fā)性有機(jī)化合物的基本原理

　　表2 催化劑光催化降解VOCs性能比較

　　03

　　光熱催化氧化VOCs

　　為解決傳統(tǒng)VOCs熱催化所需外部熱能供給及去除效率低等問題，以VOCs治理能效為出發(fā)點(diǎn)，結(jié)合傳統(tǒng)光催化和熱催化特性，國(guó)內(nèi)外一些課題組提出VOCs光熱催化治理技術(shù)，研發(fā)高效光熱催化材料，利用太陽(yáng)能儲(chǔ)存轉(zhuǎn)化驅(qū)動(dòng)反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)低能耗的VOCs治理。圖3是典型的典型光熱催化反應(yīng)系統(tǒng)。光熱材料實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)光的最大利用率，需要盡可能多地吸收從任何角度觸及其表面的電磁輻射，盡可能地減少太陽(yáng)光的透射和反射，沒有過多損失地轉(zhuǎn)化所吸收的光子能量。即光熱協(xié)同催化材料須同時(shí)滿足：1)具有強(qiáng)烈的全太陽(yáng)光譜響應(yīng)能力;2)能夠?qū)⑽�收的光子能量有效地轉(zhuǎn)化為活性氧物種和熱能;3)催化劑本身具有良好的熱催化性能。

　　圖3 典型光熱催化反應(yīng)系統(tǒng)

　　1.光驅(qū)動(dòng)熱催化氧化法

　　傳統(tǒng)太陽(yáng)光催化降解VOCs，受限于半導(dǎo)體材料的帶隙能，太陽(yáng)能量子效率低。用太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化儲(chǔ)存為熱能來驅(qū)動(dòng)催化反應(yīng)，有望替代傳統(tǒng)的熱催化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)低能耗的工業(yè)應(yīng)用。面臨的科學(xué)問題在于如何廣譜俘獲太陽(yáng)能、減少太陽(yáng)光能質(zhì)損失，以及如何有效將俘獲的太陽(yáng)光子能量轉(zhuǎn)化為熱能引入到催化反應(yīng)中，實(shí)現(xiàn)全光譜太陽(yáng)光的有序轉(zhuǎn)化。目前，具有光驅(qū)動(dòng)熱催化氧化作用的催化材料主要分為三類：一是基于碳材料載體優(yōu)異的光響應(yīng)和熱傳導(dǎo)性能以及金屬活性組分熱催化活性的復(fù)合材料;二是基于貴金屬優(yōu)異的局域等離子體共振熱效應(yīng)和高催化活性的貴金屬負(fù)載型材料;三是兼具優(yōu)良的光響應(yīng)性能和熱催化活性的過渡金屬氧化物型材料。

　　1.1 碳基催化劑

　　碳材料如碳納米管、石墨烯等碳-碳鍵是由sp2和sp3鍵組成，由于松束縛π電子的近距離能級(jí)而具有寬光譜吸收和光子轉(zhuǎn)換能力�；�于傳統(tǒng)的熱催化劑Pt-TiO2及其石墨烯優(yōu)異的光熱轉(zhuǎn)換性能，Li等通過光學(xué)、熱學(xué)和催化反應(yīng)位點(diǎn)聯(lián)合設(shè)計(jì)三元催化劑Pt-rGO-TiO2，實(shí)現(xiàn)在紅外光強(qiáng)為116 mW/cm2的無聚光條件下，14.1%光熱轉(zhuǎn)換效率及VOCs高效轉(zhuǎn)化，其中甲苯轉(zhuǎn)化率95%，CO2生成率72%。在紅外燈照射下，Pt-rGO-TiO2催化劑很快到達(dá)平衡溫度150 ℃。用電加熱到紅外燈照射催化劑的相同表面溫度，Pt-rGO-TiO2在電加熱催化下的活性與光驅(qū)動(dòng)活性一致，且在低溫下無紅外光催化活性，證明了Pt-rGO-TiO2在紅外燈照射下表現(xiàn)出的高效催化活性遵循光驅(qū)動(dòng)熱催化機(jī)理。石墨烯與甲苯反應(yīng)物分子間有強(qiáng)烈的π-π作用，甲苯通過π-π作用吸附富集在石墨烯表面上，增加反應(yīng)物分子在催化劑上的停留時(shí)間，從而提高催化活性。與Pt-rGO-TiO2相比，甲苯的穿透實(shí)驗(yàn)和程序升溫脫附實(shí)驗(yàn)分析證實(shí)了在紅外光照溫度下，Pt-rGO仍表現(xiàn)出較高的飽和吸附量，實(shí)現(xiàn)在紅外光強(qiáng)146 mW/cm2無聚光條件下17.6%的光熱轉(zhuǎn)換效率及甲苯的無害化轉(zhuǎn)化，其中光熱轉(zhuǎn)化溫度達(dá)到180 ℃，甲苯轉(zhuǎn)化率98%，礦化率96% (圖4)。

　　圖4 Pt/rGO的光熱催化氧化VOCs

　　1.2 貴金屬負(fù)載型催化劑

　　負(fù)載型貴金屬催化劑由于其高活性，被廣泛用于熱催化和光催化氧化VOCs。在光照射下，等離激元貴金屬的離域電子的振蕩頻率與入射波長(zhǎng)匹配時(shí)，電子從費(fèi)米能級(jí)被激發(fā)到更高能級(jí)，在晶格內(nèi)這些“熱電子”能通過電子-聲子相互作用釋放能量，再通過聲子-聲子馳豫將熱量傳遞至周圍環(huán)境。貴金屬顆粒具有許多自由電子，且這種電子集體振蕩產(chǎn)生的熱電子的能量遠(yuǎn)高于熱力學(xué)平衡狀態(tài)下的電子，可以通過局域表面等離子共振產(chǎn)生熱量。Cai等報(bào)道了基于Pt納米顆粒表面等離子體效應(yīng)的太陽(yáng)光驅(qū)動(dòng)Pt/γ-Al2O3熱催化性能，發(fā)現(xiàn)Pt顆粒在紅外光區(qū)具有強(qiáng)的吸收，利用Pt顆粒的等離激元吸收在顆粒周圍產(chǎn)生局部熱量，驅(qū)動(dòng)吸附在催化劑表面的VOCs發(fā)生氧化反應(yīng)。此外，局域表面等離子共振效應(yīng)強(qiáng)弱可以通過Pt含量調(diào)控。當(dāng)Pt負(fù)載量高時(shí)，Pt/γ-Al2O3在紅外區(qū)的吸收增強(qiáng)，在Pt活性位上產(chǎn)生更高的溫度，促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行。

　　1.3 過渡金屬氧化物催化劑

　　Hou等對(duì)Ce離子取代OMS-2催化劑的光催化活性根源進(jìn)行了探究，發(fā)現(xiàn)Ce離子取代OMS-2納米棒催化劑光催化機(jī)理與傳統(tǒng)的TiO2半導(dǎo)體氧化物不同，是一種新型的光致熱催化機(jī)理：Ce離子取代OMS-2超細(xì)納米棒催化劑在全太陽(yáng)光光譜范圍表現(xiàn)出很強(qiáng)的吸收，且能夠有效地將吸收的光能轉(zhuǎn)化為熱能，能夠替代外加熱能的供應(yīng)方式;同時(shí)，Ce離子取代OMS-2納米棒優(yōu)良的低溫?zé)岽呋�氧化性能，使其具有高效的全太�?yáng)光譜、可見-紅外光驅(qū)動(dòng)熱催化凈化活性。此外，傳統(tǒng)熱催化劑—鈣鈦礦型氧化物，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，可為元素?fù)诫s和電子能帶結(jié)構(gòu)調(diào)控提供穩(wěn)定的框架。

　　紫外、可見-紅外、全太陽(yáng)光譜驅(qū)動(dòng)的熱催化機(jī)理本質(zhì)還是傳統(tǒng)的熱催化機(jī)理，只不過是通過太陽(yáng)光照射來提供能量。表3以CO2生成量和生成速率為性能指標(biāo)，總結(jié)比較了已報(bào)道催化劑上的光驅(qū)動(dòng)熱催化降解VOCs的性能。

　　表3 催化劑光驅(qū)動(dòng)熱催化氧化VOCs性能比較

　　2.光驅(qū)動(dòng)光熱協(xié)同催化氧化法

　　光能和熱能的協(xié)同作用可以促使催化反應(yīng)在溫度更低的條件下發(fā)生，不僅有利于節(jié)約能源，提高催化劑的穩(wěn)定性，同時(shí)也可能提高反應(yīng)目標(biāo)產(chǎn)物的選擇性。經(jīng)典的光催化反應(yīng)和熱催化反應(yīng)正在被嘗試通過光熱催化來實(shí)現(xiàn)。目前，具有光熱協(xié)同作用的催化材料的催化材料主要分為2類：1)兼具優(yōu)良的光響應(yīng)性能和熱催化活性的金屬氧化物型材料;2)基于貴金屬粒子等離激元增強(qiáng)催化中的光熱效應(yīng)和活化晶格氧的貴金屬負(fù)載型材料。

　　2.1 過渡金屬氧化物催化劑

　　Ren等利用太陽(yáng)能實(shí)現(xiàn)了系列催化劑對(duì)VOCs的光熱協(xié)同催化降解。傳統(tǒng)催化劑TiO2在較高溫下(240 ℃)也表現(xiàn)出熱催化性能。研究發(fā)現(xiàn)，將TiO2涂覆在高壓汞燈表面，TiO2光熱催化反應(yīng)降解苯的CO2生成速率遠(yuǎn)大于在相同測(cè)試條件下的光催化和對(duì)應(yīng)溫度熱催化CO2生成速率的加和，實(shí)現(xiàn)了無需外加熱源的高效光熱協(xié)同催化(圖5)。在汞燈照射下，光生空穴由于氧化電勢(shì)高于吸附的苯C6H6，能夠與其反應(yīng)生成活化的苯分子加速TiO2的還原過程。當(dāng)紫外光照射且溫度較高時(shí)，在TiO2光催化反應(yīng)和熱催化反應(yīng)之間存在的光熱協(xié)同效應(yīng)，可以加快TiO2和TiO2-x之間的馬爾斯-范克雷維倫(Mars-van Krevelen)氧化還原循環(huán)，極大地提高了TiO2催化活性。與TiO2不同，具有多種錳價(jià)態(tài)種類和高濃度氧空位的錳氧化物表現(xiàn)出對(duì)太陽(yáng)光的強(qiáng)烈吸收，產(chǎn)生的電子-空穴對(duì)迅速發(fā)生非輻射復(fù)合，以熱能的形式釋放能量，提高催化體系溫度。在同一反應(yīng)溫度下，太陽(yáng)光驅(qū)動(dòng)的熱催化活性明顯高于外部電加熱的熱催化活性。

　　圖5 TiO2光熱反應(yīng)中光催化和熱催化的協(xié)同效應(yīng)機(jī)理

        CO-TPR實(shí)驗(yàn)和DFT理論計(jì)算證明，錳氧化物在太陽(yáng)光照下所表現(xiàn)出的高效催化活性，除了遵循太陽(yáng)光驅(qū)動(dòng)熱催化機(jī)理，還有光活化效應(yīng)的存在，即在太陽(yáng)光照射下，MnO6八面體中心的Mn離子在吸收光子后，發(fā)生d-d軌道的躍遷，從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，Mn-O鍵變?nèi)酰�晶格氧變活潑，促進(jìn)其太陽(yáng)光照下的催化氧化活性。在此基礎(chǔ)上，利用熱催化中的傳統(tǒng)催化劑如CeO2、Co3O4、MnO2等與光催化劑TiO2復(fù)合，制得的TiO2/CeO2、Co3O4/TiO2、MnOx/TiO2催化劑表現(xiàn)出優(yōu)異的苯降解性能。TiO2光催化產(chǎn)生的自由基和氧化物種等對(duì)CeO2、Co3O4、MnOx基于Mars-van Krevelen氧化還原機(jī)理的熱催化間相互作用產(chǎn)生了耦合的效果，最終有效地將苯催化降解。這既彌補(bǔ)了單獨(dú)TiO2光催化不能完全降解苯的缺陷，又克服了單獨(dú)熱催化需要極高溫度來降解苯的能耗問題。

　　2.2 貴金屬負(fù)載型催化劑

　　貴金屬納米粒子具有強(qiáng)烈的光-物質(zhì)相互作用特性。在光照射下，金屬納米結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的局域表面等離子體共振作用能夠?qū)⑻囟úㄩL(zhǎng)的入射光能量吸收并在其表面以相同波長(zhǎng)的局域電磁場(chǎng)集中釋放。此時(shí)，在納米結(jié)構(gòu)表面產(chǎn)生的強(qiáng)電磁場(chǎng)和高濃度的高能載流子(電子-空穴對(duì))。但是，納米尺度的金屬帶隙為0。通常情況下，熱電子很快復(fù)合，為了利用熱電子，將金屬及半導(dǎo)體構(gòu)成異質(zhì)結(jié)，可以加快電子轉(zhuǎn)移，避免能量損失。利用貴金屬納米粒子的高能載流子進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換和光化學(xué)催化近年來成為人們的研究熱點(diǎn)。Li等制備了Pt/TiO2復(fù)合光催化劑，研究發(fā)現(xiàn)在光熱共同催化作用條件下，Pt/TiO2的催化效率遠(yuǎn)高于單純的光催化和熱催化效率之和，本質(zhì)原因在于O2分子在納米Pt催化劑表面發(fā)生解離吸附，形成具有高氧化活性的吸附態(tài)氧原子，不僅可以催化氧化有機(jī)污染物分子，還溢流到納米TiO2催化劑表面，加速TiOx(x<2)被重新氧化成TiO2，大幅度降低TiO2的晶格氧氧化苯所需要的活化能，類似地，該課題組合成的Pt/CeO2在全太陽(yáng)光、可見光甚至紅外光照射下都能高效催化氧化苯，表征結(jié)果顯示其催化活性主要源于CeO2的優(yōu)良熱催化活性和Pt納米顆粒表面等離子體共振引起的局部熱效應(yīng)。其中，Pt納米粒子產(chǎn)生的熱電子是提升Pt/CeO2催化活性的主要原因。

　　不同催化劑光熱協(xié)同催化降解VOC作用機(jī)制不盡相同。長(zhǎng)期以來，關(guān)于表面等離子體增強(qiáng)催化活性的機(jī)理問題一直有三種假設(shè)：“溫度升高機(jī)理”“分子光激發(fā)機(jī)理”“熱電子注入機(jī)理”。等離激元增強(qiáng)催化可將光能與熱能耦合以克服催化過程中的能壘，從而實(shí)現(xiàn)低反應(yīng)溫度下的高反應(yīng)速率，并能夠選擇性地將光生熱電子注入反應(yīng)中間體的特定反鍵軌道(兩個(gè)原子軌道組合，形成一個(gè)分子軌道，其能級(jí)高于原來兩個(gè)原子軌道中任何一個(gè)的能級(jí))，激活特定反應(yīng)路徑并調(diào)控反應(yīng)的選擇性。該研究從底層揭示了光激發(fā)下納米催化劑形態(tài)與其活性的關(guān)系，為設(shè)計(jì)下一代高效光催化劑提供了幫助。

　　04

　　結(jié)論與展望

　　為解決傳統(tǒng)熱催化氧化技術(shù)的高能耗和光催化凈化VOCs技術(shù)低效率等問題，國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者對(duì)光熱催化凈化VOCs進(jìn)行了系列研究，目前主要是基于傳統(tǒng)光催化或熱催化劑進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化，主要包括：調(diào)控貴金屬的尺寸和與載體之間的相互作用;通過摻雜、復(fù)合半導(dǎo)體等對(duì)現(xiàn)有催化劑的微結(jié)構(gòu)和組成進(jìn)行改性調(diào)控。盡管光熱催化降解VOCs性能相比單一光催化和熱催化的加和有一定的提高，但仍未真正意義上實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能有序高效轉(zhuǎn)化凈化VOCs，尚有許多關(guān)鍵科學(xué)問題亟需解決：1)當(dāng)前太陽(yáng)能的光熱催化轉(zhuǎn)化效率仍然偏低，在光熱催化材料的功能設(shè)計(jì)和精準(zhǔn)合成方面還很欠缺，尤其是兼顧高效捕光與高效電荷利用的新型材料仍然缺乏，需要借助理論模擬設(shè)計(jì)和高通量的實(shí)驗(yàn)篩選優(yōu)化。2)在研究基礎(chǔ)中光熱協(xié)同作用本質(zhì)問題的認(rèn)識(shí)和理解有限，目前還主要是基于表面等離子體效應(yīng)和Mars-Van Krevelen氧化還原循環(huán)理論，面臨激發(fā)態(tài)光生電荷定向轉(zhuǎn)移，不同波段光外場(chǎng)條件下能量、電子對(duì)化學(xué)鍵的精準(zhǔn)施加等難題。3)光熱催化氧化技術(shù)應(yīng)用于VOCs處理基本上還只是處于實(shí)驗(yàn)研究階段，實(shí)際的工業(yè)應(yīng)用較少，面臨簡(jiǎn)單模型到實(shí)際工況條件下多組分復(fù)雜多相系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變。

　　基于此，催化凈化VOCs的未來研究發(fā)展方向如下：

　　1)研究模式從傳統(tǒng)光催化劑、熱催化劑的改性調(diào)控，發(fā)展至更精準(zhǔn)的新型光熱催化劑設(shè)計(jì)合成, 開發(fā)創(chuàng)新、高效、穩(wěn)定的催化劑及其合成方法。

　　2)開展光外場(chǎng)條件下，光催化以及熱催化之間的交叉融合研究, 系統(tǒng)研究光熱耦合體系中在激發(fā)態(tài)下表界面電荷傳輸機(jī)制及其表面催化轉(zhuǎn)化過程規(guī)律。開展催化活性位在VOCs氧化反應(yīng)、電子傳遞中所起作用的研究, 深入明晰催化活性中心的“動(dòng)態(tài)”和光外場(chǎng)的本質(zhì)。

　　3)構(gòu)筑高效、穩(wěn)定的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化的光熱催化體系，攻克實(shí)際工業(yè)應(yīng)用瓶頸問題，開展規(guī)�；�示范研究。

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