[发明专利]解析中间产物对TiO2

权利要求书

1.一种解析中间产物对TiO₂光催化降解气相苯影响机理的方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：

S1、通过TiO₂光催化降解气相苯及其中间产物的实验，研究气相苯的光催化降解速率受中间产物形成过程的影响规律，过程如下：

将一定量的纯液态苯用10μL微型注射器从进样口注入到0.7L的玻璃容器中，打开小风扇使其在空气中挥发30-40min，产生气流并使苯气体传感器读数稳定；将负载有纳米TiO₂胶体的管式反应器内的环境温度控制为25℃左右，其中TiO₂胶体的平均粒径为15nm；随后打开紫外灯，开始光催化氧化实验，每10min记录一次苯浓度；采用气相色谱-质谱联用仪对气态的苯中间产物进行分析，其中所使用的毛细管柱为30m×0.25mm×0.25μm的HP-5MS毛细管柱，检测器为电子捕获ECD检测器；采用傅里叶变换红外光谱仪对纳米TiO₂光催化剂表面残留的苯中间产物进行分析；根据光催化实验结果总结得出：在TiO₂光催化降解气相苯的过程中，光催化降解速率受中间产物形成过程的影响规律；

S2、模拟苯和多种中间产物在不同分子数量比作用下苯在TiO₂表面的吸附行为，研究气相苯的吸附能力受中间产物形成过程的影响规律，过程如下：

用Materials Studio材料模拟软件构建由72个原子组成的锐钛矿型TiO₂(101)面的周期性表面模型，其尺寸为其中为长度计量单位，比纳米小一个数量级；采用的真空层构建表面模型；采用密度泛函理论DFT方法对锐钛矿型TiO₂(101)面的表面模型进行几何优化，以获得稳态结构；

构建苯及其多种中间产物的分子结构模型，并用密度泛函理论DFT方法进行几何优化，确保分子能量达到平衡状态；

苯和多种中间产物在不同分子数量比作用下，采用密度泛函理论DFT方法研究苯和多种中间产物与TiO₂(101)表面稳态结构的相互作用能和相互作用方式，分析它们在TiO₂(101)表面稳态结构的选择吸附位、吸附类型和吸附构型；并根据计算的吸附能大小判断不同吸附构型发生的可能性，比较这些吸附构型的稳定性和吸附能力强弱，确定在不同分子数量比作用下，苯和多种中间产物在TiO₂(101)表面的吸附最稳态；根据苯在TiO₂(101)表面的吸附最稳态所对应的吸附能大小，总结出苯在TiO₂(101)表面的吸附能力受中间产物形成过程的影响规律；

S3、分析苯降解生成中间产物的光催化反应机理，研究气相苯的光催化反应过程受中间产物形成过程的影响机制；

S4、综合以上步骤S1、S2、S3中的光催化实验结果、密度泛函理论DFT吸附模拟结果、光催化反应机理分析结果，确定中间产物对TiO₂光催化降解气相苯的影响机理。

2.根据权利要求1所述的解析中间产物对TiO₂光催化降解气相苯影响机理的方法，其特征在于，所述的步骤S2中，所构建的锐钛矿型TiO₂(101)表面模型、苯及其多种中间产物分子结构模型，以及苯和多种中间产物在不同分子数量比作用下在TiO₂(101)表面稳态吸附构型的几何优化，均在基于密度泛函理论DFT方法的Materials Studio软件的CASTEP模块中完成，且选取广义梯度近似GGA/PBE函数作为交换相关函数。

3.根据权利要求1所述的解析中间产物对TiO₂光催化降解气相苯影响机理的方法，其特征在于，所述的步骤S3过程如下：

根据苯降解生成中间产物的光催化反应机理，研究苯在逐渐生成多种中间产物的光催化氧化过程中，这些中间产物对降解过程的影响机理，总结出苯分子在TiO₂催化剂表面的光催化反应过程受中间产物形成过程的影响规律及作用机制。