基于金纳米颗粒光致热效应的曙红Y可见光降解机理研究

Investigating the pathway and mechanism of visible photo-degradation of organic pollutants has important scientific significance and practical value to environmental pollution control. Eosin Y is a polycyclic organic dyes containing bromines, widely used in the field of paint and dyeing, and histological tissue staining. Furthermore, Eosin Y is not only easy to cause water pollution problems but also employed as the mode of organic pollutants degradation by photocatalysis. However, the mechanism of photocatalytic degradation of Eosin Y lacks of consistent interpretation. Based on the pre-established catalytic reduction system of Eosin Y, the project uses the gold nanoparticles as the catalyst of photodegradation and investigates the fading rate, the generation of the radicals and final products in the Eosin Y degradation with light on and light off. In addition, we’ll apply the monochromatic light having the coupling wavelength with gold nanocatalysts absorption to irradiate the reduced reaction of Eosin Y and then analyze the pathway of visible photo-degradation of Eosin Y. Based on the photothermal effect of gold nanoparticles, we explore the photocatalytic mechanism of Eosin Y generating a new green dye, and furthermore reveal the basic rules of eosin Y degradation by photocatalysis. The outcome of this research may lay the foundation of developing new technologies for Eosin Y degradation with photo-nanocatalysis.

研究和阐明可见光降解有机污染物的途径和机理对环境污染治理具有重要的科学意义和实用价值。曙红Y是一种含溴的多环有机染料，在涂料印染、生物组织标记等领域应用广泛，不仅容易造成水体污染问题，而且常用做光催化降解有机污染物研究的模式物，但目前对其光催化褪色降解的机理尚缺乏一致的解释。本项目在前期建立的曙红Y催化还原体系基础上，以不同形貌和组成的金纳米颗粒作为曙红Y光降解的催化剂，在暗室和光照条件下研究曙红Y还原褪色的光降解速率、中间自由活性基以及终产物生成的情况，并结合与金纳米颗粒局域表面等离子体共振吸收峰耦合的可见光范围内的单色光辐照，分析曙红Y光降解途径，提出从金纳米颗粒光致热效应的角度探讨可见光对曙红Y催化降解形成新的绿色染料的机理，揭示曙红Y光催化降解的基本规律，为发展新的曙红Y纳米光催化降解技术和方法奠定基础。

研究和阐明可见光降解有机污染物的途径和机理对环境污染治理具有重要的科学意义和实用价值。本项目以占吨类染料曙红Y为研究对象，建立以金纳米棒为催化剂的等离立子体光催化还原体系，研究了等离子体催化剂的形貌大小对曙红Y催化降解的影响，发现金纳米棒的催化曙红Y还原过程与金纳米球类似，并且曙红Y光催化还原过程中产生的中间活性物产率与金纳米棒的大小有密切关系，当金纳米棒的纵横比为3时，中间活性物的产率最高，并且金纳米棒的光催化性能与其粒径大小和表面均存在关系，粒径小以及表面积较大的金纳米棒具有最高的催化性能。研究了可见光及等离子体催化剂在曙红Y催化降解过程的中作用，发现二者在在曙红Y光催化降解过程中分别发挥不同的作用：在催化第一阶段，金纳米棒催化剂诱导曙红Y中间自由基的生成，并且该自由基的生成与是否光照无关系；在催化第二阶段，可见光对曙红Y降解的终产物起决定作用，金纳米棒催化剂的存在与否对终产物生成无影响，但纳米金催化剂会提高终产物的产率。本项目的研究结果明确了曙红Y光催化降解的基本过程，对光催化降解有机物污染物的应用奠定基础，也为研究等离子体光催化反应机理提供了新的视角。