Plasmonic Enhancement Enables Deactivation Resilient TiO 2 for Sustainable VOCs Remediation under Practical Conditions

甲苯 材料科学 乙醛 等离子体子 光催化 光化学 纳米颗粒 矿化(土壤科学) 化学工程 催化作用 表面等离子共振 纳米技术 污染物 原位 挥发性有机化合物 湿度 降级(电信) 激发 等离子纳米粒子 环境化学 环境修复 相对湿度 共轭体系 微粒 纳米结构
作者
Gahye Shin,Subhash Chandra Shit,Min Seok Koo,Dong Jin Ham,Hyuk Jae Kwon,Hyunwoong Park,Wooyul Kim
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:36 (33) 被引量:1
标识
DOI:10.1002/adfm.202526193
摘要

ABSTRACT Indoor exposure to volatile organic compounds (VOCs) such as acetaldehyde and toluene poses major health risks, but photocatalytic oxidation over TiO 2 is strongly modulated by humidity and pollutant complexity. Here, we reveal contrasting humidity responses of acetaldehyde and toluene on TiO 2 : acetaldehyde degradation improves under dry conditions, whereas toluene removal requires humid environments to avoid severe deactivation. These divergent behaviors are amplified under mixed‐VOCs feeds, where toluene deactivation suppresses overall mineralization efficiency. Remarkably, plasmonic Au/TiO 2 catalysts exhibit humidity resilient and durable performance, maintaining >70% removal efficiency for both VOCs across RH 25%–80%. Spectroscopic characterizations (XPS, Raman, soft and hard XAS) demonstrate that Au nanoparticles establish strong electronic interactions with TiO 2 facilitating interfacial charge transfer and enhanced ROS generation, while in situ EPR distinguishes the specific formation pathways of • OH, O 2 •− , and h + , demonstrating that plasmonic excitation sustains ROS activity even under conditions where TiO 2 alone becomes inactive. Critically, wavelength‐resolved operando FT‐IR directly shows plasmon excitation selectively accelerates ring‐opening step providing clear evidence of plasmon‐driven regeneration processes. Collectively, these results provide direct mechanistic evidence that plasmonic excitation at the Au/TiO 2 interface sustains VOCs mineralization offering a generalizable strategy to design deactivation resilient photocatalysts for indoor air remediation.
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