通过面工程技术加速多相催化臭氧氧化过程以实现选择性水净化

《Applied Catalysis B: Environment and Energy》：Accelerating Multiphase Catalytic Ozonation for Selective Water Decontamination by Facet Engineering

本研究通过调控Ni前驱体阴离子和尿素剂量，实现了NiO催化剂（110）、（100）、（111）晶面的定向调控。通过XRD分析发现，不同晶面占比影响臭氧催化分解机制，形成表面原子氧（*O）和活性氧（ROS）依赖的协同降解路径，揭示了催化剂电子性质与催化活性间的构效关系，为水处理催化系统设计提供新策略。

　　

Jiahao Huang|Rumeng Zhang|Muke Lin|Hao Zhou|Ye Chen|Jingyun Fang|Dehua Xia

中山大学环境科学与工程学院，中国广州510275

章节摘录

化学品和试剂

本研究中使用的所有化学品和试剂均为分析纯，无需进一步纯化。实验过程中始终使用超纯水。有关化学品和试剂的详细信息，请参见文本S1。

催化剂的合成

通过调节Ni前体阴离子（Cl^-而非SO₄^2-）和尿素用量，可以有目的地控制(110)、(100)和(111)面的优先暴露程度，这些因素在溶剂热成核过程中影响局部碱化/组装动力学

面工程NiO的形态和结构特征

三种面工程NiO催化剂的晶体相和面分布通过XRD[26]进行了表征。如图1a所示，所有NiO催化剂在37.2°（110）、43.3°（200）和62.9°（111）处显示出明显的衍射峰，对应于单斜晶系的NiO（JCPDS 04-006-6160）。通过对（200）反射峰强度进行归一化后的定量分析，发现不同面的强度存在显著差异（表S2）。具体来说，NiO-110的（110）峰

结论

本研究建立了一种基于面工程原理的催化臭氧化方法，该方法将ROS（活性氧）与污染物之间的相互作用机制联系起来，用于水污染治理。通过将污染物的电子性质与面工程激活路径相关联，我们提出了一种通过三个关键维度优化氧化过程的合理策略。首先，催化表面结构决定了不同的臭氧激活路径：NiO-110优先将臭氧分解为表面结合的原子氧（*O）

CRediT作者贡献声明

Dehua Xia：撰写、审稿与编辑、资金获取、概念构思。Jingyun Fang：实验研究、数据管理。Ye Chen：项目管理、实验研究。Hao Zhou：软件支持、资源提供。Muke Lin：实验研究、数据分析。Rumeng Zhang：撰写、审稿与编辑、指导、方法设计。Jiahao Huang：初稿撰写、方法设计、数据管理。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文研究结果的已知财务利益冲突或个人关系。

致谢

我们感谢国家自然科学基金（41603097、21673086、22476221、523B2098）和广东省基础与应用基础研究基金（2022B1515020097）的财政支持。