Oxygen Vacancies Promoted the Selective Photocatalytic Removal of NO with Blue TiO2 via Simultaneous Molecular Oxygen Activation and Photogenerated Hole Annihilation

光催化 光化学 氧气 选择性 辐照 化学 消灭 分子氧 硝酸盐 半导体 材料科学 催化作用 光电子学 有机化学 物理 量子力学 核物理学
作者
Hai Shang,Meiqi Li,Hao Li,S. Y. Huang,Chengliang Mao,Zhihui Ai,Lizhi Zhang
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:53 (11): 6444-6453 被引量:223
标识
DOI:10.1021/acs.est.8b07322
摘要

Semiconductor photocatalytic technology has great potential for the removal of dilute gaseous NO in indoor and outdoor atmospheres but suffers from unsatisfactory NO-removal selectivity due to undesirable NO2 byproduct generation. In this study, we demonstrate that the 99% selectivity of photocatalytic NO oxidation toward nitrate can be achieved over blue TiO2 bearing oxygen vacancies (OVs) under visible-light irradiation. First-principles density functional theory calculation and experimental results suggested that the OVs of blue TiO2 with localized electrons could facilitate the molecular oxygen activation through single-electron pathways to generate ·O2- and simultaneously promote the photogenerated hole annihilation. The generated ·O2- directly converted NO to nitrate, while the hole annihilation inhibited the side-reaction between holes and NO to avoid toxic NO2 byproduct formation, resulting in the highly selective removal of NO. This study reveals the dual functions of OVs in defective photocatalysts and also provides fundamental guidance for the selective purification of NO with photocatalytic technology.
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