近日，李发堂教授课题组在《Applied Catalysis B: Environmental》上发表了题为“Unraveling reactive oxygen species-dependent toluene mineralization routes via construction of Ti_xSn_1−xO₂ infinite solid solution photocatalysts”的学术论文。论文第一作者为硕士生李奇，通讯作者为李发堂教授。

在光催化降解甲苯的过程中，不同中间产物开环反应的差异直接影响着降解的效率。因此，光催化剂对中间产物的选择性是影响光催化性能的重要因素。然而，光催化剂对甲苯的中间产物选择性的机制却很少被探索。另一方面，活性氧物种对反应发挥着重要的作用。由于其具有强的氧化性，可以攻击目标化合物的活性位点以破坏其原有的结构；还可以攻击某个特定的原子从而导致选择性氧化反应以及交叉偶联等反应的发生，而活性氧物种如何影响有机污染物如甲苯的中间体的形成却很少被研究。

该研究以Ti_xSn_1−xO₂为模型，揭示了不同催化剂对甲苯降解过程中间产物的选择性，阐明了活性氧物种依赖的甲苯矿机制。SnO₂中Ti的引入使导带位置向上移动，为超氧自由基的形成提供了热力学可能性，使甲苯生成苯甲酸，而不产生超氧自由基的SnO₂则选择性生成苯甲醇，苯甲酸比苯甲醇具有更低的开环能垒，Ti_0.1Sn_0.9O₂固溶体矿化甲苯的能力为SnO₂的2.7倍。另外，该研究还提出了Ti和Sn位点在水和甲苯分子的吸附和活化中的协同作用。该研究为甲苯反应中间体的调控和甲苯的去除提供了新的见解。

图1 SnO₂与Ti_xSn_1−xO₂的反应及开环路径

该研究工作得到了国家自然科学基金、河北省自然科学基金创新研究群体等项目的支持。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2023.122628