国立中山大学（中国台湾）–还原氧化石墨烯修饰的S-型异质结CeO2/TiO2作为Hg0集成光热催化氧化的电荷转移途径

本研究探索了还原氧化石墨烯(rGO)修饰的S-型异质结CeO₂/TiO₂在100-200℃下光热催化氧化Hg⁰。采用BET、SEM、TEM、EDS、XRD、Raman、UV-Vis、XPS、EPR、UPS等方法对自制光热催化剂的表面性能进行了表征。TiO₂的晶体结构以锐钛矿为主，纳米级CeO₂/TiO₂均匀分布在还原氧化石墨烯薄片表面。Hg⁰的氧化效率随反应温度的升高而降低，依次为η_100℃ = η_150℃ > η_200℃，说明Hg⁰的氧化是由吸附控制的质量传递而不是光热催化反应控制的。Hg⁰在100-200℃时的氧化过程包括光催化和热催化两种反应机制。此外，rGO修饰的CeO₂/TiO₂可以耐受除100 ppm NO外的多种污染物(如SO₂和NO)，这略微降低了Hg⁰的氧化效率。

图1. （a）GO、（b）CeO₂/TiO₂和（c）5GCT的SEM图像；（d）5GCT的TEM图像。

图2. GO、TiO2、CeO₂/TiO₂和GCT的（a）XRD和（b）拉曼图谱。

图3. 光热催化剂的光学性质。

图4. 在UV_B照射和不照射时光热催化剂对Hg⁰的氧化效率。

图5. NO和SO₂对Hg⁰氧化效率的影响。

图6. 在200℃下N₂ + O₂+NO +SO₂ +Hg⁰的气氛，用5GCT对Hg⁰的氧化效率进行了循环试验。

图7. 光热催化剂经过长期实验后的XPS光谱(a) C 1s， (b) O 1s， (C) S 2p， (d) N 1s。

图8. 光热催化剂(a) DMPO-O₂^–和(b) DMPO-•OH的EPR谱。

图9. rGO修饰的CeO₂/TiO₂ S型异质结光热催化反应体系的电子路径。

相关研究成果由国立中山大学环境工程研究所（中国台湾）Ji-Ren Zheng等人于2023年发表在Fuel (https://doi.org/10.1016/j.fuel.2023.127973)上。原文：S-scheme heterojunction CeO₂/TiO₂ modified by reduced graphene oxide (rGO) as charge transfer route for integrated photothermal catalytic oxidation of Hg⁰ 。