质谱成像揭示半导体纳米颗粒界面光电子转移与羟基自由基抽取导致的芳香族有机氯光催化降解中间体

摘要： 有机氯化合物是具有高持久性和毒性的污染物，广泛分布于各类水生或土壤环境及食物链中并不断累积。利用半导体纳米颗粒进行异相光催化降解这类污染物，已被公认为有效的净化途径之一。要理解其降解机制并设计高效半导体纳米颗粒，需对多种难以通过现有光谱技术鉴定的降解中间体进行结构识别。本研究开发了一种质谱分析方法，用于探究不同半导体纳米颗粒界面的光电子转移和羟基自由基抽取过程。研究发现，吸附在纳米颗粒表面的氯苯类物质（包括六氯苯和百菌清）会通过光电子捕获解离及羟基自由基从芳香族C-Cl键抽取氯原子，立即发生脱氯和环断裂反应。借助Q-TOF质谱仪提供的实验证据，已明确鉴定出不同中间体。研究表明，原子周围的电子密度与侧链的空间位阻共同影响光电子捕获和羟基自由基抽取的位点选择性，但化学键断裂所需能量及所获电荷的稳定化程度对降解效率起关键作用。通过质谱成像技术，揭示了不同半导体纳米颗粒的光催化差异性。