在國家自然科學基金委的持續支持下，中國科學院化學研究所趙進才課題組在光催化降解有機汙染物及其機理方面進行了十幾年的系統深入研究，取得一系列重要研究進展。
低濃度、高毒性、難降解有機汙染物是一類普遍存在、具有長期危害性的環境汙染物，用傳統方法很難處理。TiO2光催化可利用潔淨的太陽光碟機動反應，利用環境友好的分子氧為氧化劑，是消除這類汙染物最有應用前景的方法之一。TiO2耐腐蝕，光、熱和化學穩定性好，是目前最好的光催化體系。但TiO2隻能利用紫外光(約佔太陽光5%)，由於佔太陽光主要部分的可見光的激發能較低，從傳統半導體光催化的帶-帶激發原理上很難實現同時滿足導帶電子活化氧和價帶空穴氧化水或汙染物兩個必需條件的可見光反應。因此，如何實現可見光反應是對TiO2光催化原理和應用提出的一個極大挑戰。
趙進才課題組從1995年開始致力於染料汙染物可見光光催化降解及其機理的研究。發現染料分子吸收可見光被激發後可以向TiO2導帶注入電子實現電荷分離，通過半導體導帶的媒介作用實現可見光照射下染料分子和空氣中氧分子的同時活化，成功地將有機染料汙染物氧化降解。揭示了一個與傳統光催化有著本質區別的可見光光降解機理，該機理不涉及半導體的帶-帶吸收以及空穴的生成和反應，而是利用染料汙染物分子吸收可見光誘發的活性自由基和分子氧的共同作用導致汙染物降解。
通過對幾十種染料汙染物降解的研究，發現只要染料的電子激發態電位比TiO2導帶電位更負，都能實現有效的電子注入進而降解，證明了該原理的有效性和普適性。該原理還在共存無色小分子汙染物的氧化降解、滷代汙染物的還原脫滷以及可見光光催化合成化學品等方面有著廣泛的應用前景。相關研究成果先後在J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Environ. Sci. Technol.等刊物上發表系列論文。
最近應英國皇家化學會綜述期刊Chemical Society Reviews的邀請，撰寫了題為「Semiconductor-mediated photodegradation of pollutants under visible-light irradiation」的綜述論文 (Chem. Soc. Rev. 2010, 39, 4206-4219)，系統地介紹了該課題組取得的相關研究成果。
最近，他們在光催化活化分子氧機理研究方面取得新進展。光催化反應過程中分子氧如何活化一直是該研究領域的一個關鍵科學問題。他們利用同位素標記等實驗研究TiO2 光催化氧化醇類分子時，發現在反應過程中醇分子中的氧原子完全被氧分子中的一個氧原子所置換(置換率>99%)生成相應的羰基化合物。基於順磁共振、氧同位素標記拉曼光譜、動力學同位素效應等實驗結果，揭示了與以往貴金屬等催化氧化機理完全不同的TiO2光催化氧原子轉移機理(Angew. Chem. Int. Ed., 2009, 48, 6081-6084，被選為Highly Important Paper (HIP)，並作為封面論文發表)。
在這一機理的指導下，他們進一步實現了通過TiO2表面吸附Bronsted酸來加速醇類分子的光催化轉化，同時發現由於摻雜SiO2能增加酸的吸附位點，當用Bronsted酸對TiO2/SiO2複合光催化劑進行表面修飾後加速作用進一步加強。表面光譜滴定實驗證實了質子能夠有效促進TiO2表面形成的Ti-過氧化物中間物種的分解，進而使得表面光催化活性位點再生，因此加速了光催化循環和反應。該研究有助於深入理解TiO2光催化活化分子氧的微觀機理，為今後製備新型光催化劑和調控光催化反應提供了重要的科學依據。相關研究成果發表在Angew. Chem. Int. Ed. (2010, 49, 7976-7979)，被選為VIP論文並作為內封面(Inside Cover)做了專門介紹，Nature China對此研究成果也做了評述 (Highlight)。
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