配体缺陷型Z- scheme TiO2@NM-X异质结的构建及其在室内甲醛光催化降解中的应用研究

为解决室内甲醛污染难题，研究人员通过乙酸调控与非热等离子体处理协同策略，构建了配体缺陷型Z-scheme TiO2@NM-X异质结光催化剂。该材料实现了95.27%的甲醛降解效率，反应速率常数提升11倍，并成功应用于建筑涂层，为功能性建材开发提供新思路。

　　

室内装修材料释放的甲醛污染是威胁公众健康的隐形杀手，长期接触可能诱发鼻咽肿瘤和皮肤炎症。尽管二氧化钛(TiO₂)作为传统光催化剂具有稳定性优势，但其宽禁带特性导致仅能利用紫外光，且光生载流子复合率高，严重制约实际应用。针对这一难题，东北林业大学材料科学与工程学院生物质材料科学与技术教育部重点实验室的研究团队创新性地将缺陷工程与异质结设计相结合，在《Journal of Environmental Chemical Engineering》发表了突破性研究成果。

研究团队采用乙酸竞争配位与非热等离子体处理的协同改性策略，通过调控NH₂-MIL-125(NM)的配体缺陷结构，构建了Z-scheme TiO₂@NM-X异质结体系。关键技术包括：利用不同浓度乙酸作为调节剂制备前驱体，通过等离子体处理引入配体缺陷，结合X射线光电子能谱(XPS)和热重分析(TG)表征缺陷浓度，并采用电子自旋共振(ESR)检测活性氧物种。

结构表征与性能优化
扫描电镜(SEM)显示TiO₂@NM-120呈现分级多孔结构，比表面积达1,045 m²/g。XPS证实配体缺陷导致Ti³⁺含量增加，紫外可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)显示可见光吸收范围扩展至550 nm。

光催化机制解析
ESR检测证实缺陷位点促进•OH和•O₂^-的生成，瞬态光电流响应表明电荷分离效率提升3.8倍。原位红外光谱追踪到甲醛最终矿化为CO₂和H₂O的完整路径。

实际应用验证
将催化剂负载于木质建材表面，7小时内实现89.13%的甲醛降解率，经50次循环后活性仅下降7.2%，展现出优异的稳定性。

该研究通过精准调控MOFs配体缺陷，首次实现了Z-scheme异质结能带结构的动态优化，为开发高效空气净化功能涂层提供了新范式。缺陷工程与等离子体技术的创新结合，不仅显著提升了甲醛降解效率，更为设计智能响应型环境功能材料开辟了新路径。