氧化銅表面臭氧分解路徑及表面氧物種生成機(jī)理研究

龔 朋, 劉 璐, 邵廣才, 王廣釗, 王軍鋒*

（1. 江蘇大學(xué) 能源與動(dòng)力工程學(xué)院, 江蘇 鎮(zhèn)江212013;2. 長江師范學(xué)院 電子信息工程學(xué)院 超常配位鍵工程與新材料技術(shù)重慶市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 重慶 408100）

臭氧（O3）的催化分解是環(huán)境污染控制領(lǐng)域的重要反應(yīng). 一方面O3本身是一種污染物, 會(huì)導(dǎo)致光化學(xué)煙霧, 影響人體肺功能, 引起中樞神經(jīng)障礙［1-2］,而催化分解是去除O3的有效方法［3-7］之一. 另一方面, 在催化O3深度氧化和等離子體-催化技術(shù)降解有機(jī)物過程中, 高壓放電產(chǎn)生的O3在催化劑表面解離成氧化能力更強(qiáng)的活性O(shè)原子和OH自由基, 從而對反應(yīng)物和放電過程中未被完全降解的產(chǎn)物進(jìn)行深度氧化, 達(dá)到去除有機(jī)物的目的［8-9］. 近年來,人們對催化分解O3反應(yīng)進(jìn)行了廣泛研究, 過渡金屬氧化物由于成本低、 毒性小等優(yōu)點(diǎn), 是進(jìn)行O3分解的重要催化劑之一, 逐漸成為研究熱點(diǎn)［10-11］. 氧化銅（CuO）廣泛應(yīng)用于催化O3分解過程, 例如SiO2負(fù)載金屬氧化物分解O3的效率依次為: Cu/SiO2＞ Co/SiO2＞ Ni/SiO2＞ Fe/SiO2＞ Mn/SiO2［12］. CuO、 CuO/沸石等催化劑能夠有效催化O3氧化空氣中的甲醛［13-14］.Cu2O-CuO-Cu（OH）2分級納米結(jié)構(gòu)在室溫下表現(xiàn)出100%的O3分解效率, 并具有高穩(wěn)定性和抗水性, 納米結(jié)構(gòu)的表面形態(tài)和化學(xué)成分在催化O3分解中起著重要作用, 納米結(jié)構(gòu)中的離域空穴能促進(jìn)中間產(chǎn)物氧陰離子和催化劑表面之間的電子轉(zhuǎn)移［15］.

1 計(jì)算方法及模型

計(jì)算采用VASP軟件包［22-23］, 基于廣義梯度近似（GGA-PBE）［24］和投影增強(qiáng)波（PAW）［25］方法, 截?cái)鄤?dòng)能為520 eV. 優(yōu)化后的CuO的晶格參數(shù)為a=0.47 nm、b=0.34 nm、c=0.51 nm和β=99.54°,與之前的計(jì)算結(jié)果基本一致［26］. 根據(jù)以往的研究,CuO（111）表面具有……