掺硫多孔石墨烯对典型VOCs的光催化性能

作     者：李倩菀 刘彪 敖志敏 Qianyu Li;Biao Liu;Zhimin Ao

作者机构：广东工业大学环境科学与工程学院环境健康与污染控制研究院广东省环境催化与健康风险控制重点实验室和广州市环境催化与污染控制重点实验室广州510006 

出 版 物：《科学通报》 (Chinese Science Bulletin)

年 卷 期：2022年第67卷第10期

页      面：976-985页

核心收录：

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 081704[工学-应用化学] 081705[工学-工业催化] 07[理学] 070304[理学-物理化学(含∶化学物理)] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 0703[理学-化学] 

基　　金：国家自然科学基金(21777033,22176041) 广东省科技计划(2017B020216003) 广东省教育厅创新团队项目(2017KCXTD012)资助 

主　　题：多孔石墨烯 光催化降解 硫掺杂 挥发性有机污染物 密度泛函理论 

摘      要：燃料燃烧、交通运输、化工生产等过程产生的挥发性有机污染物(volatile organic compounds,VOCs)是导致城市灰霾和光化学烟雾的重要物质.多相光催化反应因条件温和、直接利用太阳光驱动等优点而成为一种理想的VOCs降解技术.本研究采用密度泛函理论,计算掺杂非金属硫原子的单层多孔石墨烯(porous graphene,PG)的光催化性能,包括能带结构、能带边缘位置、分波态密度和前线轨道(highest occupied molecular orbital-lowest unoccupied molecular orbital,HOMO-LUMO)以及它的光学吸收谱,对O_(2)、H_(2)O和VOCs分子的吸附性能等,以探讨光催化降解VOCs的可能性.掺杂硫原子后,PG材料能带的带隙大幅降低,对O_(2)分子的吸附能显著提高,结合能带边缘位置的结果,表明PG材料能产生更多的光生电子,并且提高了产生超氧自由基的能力.对比原始PG材料,硫掺杂PG(S-doped PG)材料的光学响应向红外区偏移,光吸收波长阈值增大,表明硫原子的掺杂大大提高了原始PG材料对可见光的吸收.此外,对VOCs较大的吸附能也表明S-doped PG是一种很有前途的降解VOCs的光催化剂,多维度的计算分析将为多孔石墨烯在光催化中的实际应用提供理论指导.