近年来，TiO2光催化降解挥发性有机污染物（VOCs）的研究愈发活跃，但光催化降解VOCs反应是在固体催化剂表面进行的多步骤过程，每一个步骤都有不同的历程和动力学规律，因此，要想快速筛选或优化出一个稳定高效降解VOCs的光催化剂非常困难。
组合材料基因组学方法通过并行合成和高通量表征，能在短时间内用有限的步骤快速合成出材料样品库、并表征它们的性质，实现新材料的高效筛选/优化，不遗漏地建立材料成分-处理-结构-性能间的关系。
根据这一思路，高琛教授课题组孙松副研究员、张帆博士基于光谱显微技术发展了降解VOCs光催化剂的材料基因组学研究方法，开发出了高效降解VOCs的光催化剂，并通过研究TiO2基光催化剂表面吸附以及中间产物的种类和变化，揭示了表面吸附与降解效率的关系，探索了光催化降解气相有机物的机理和反应动力学。
研究人员首先利用掩膜-多靶磁控溅射的方法，实现了La3+ /Nd3+-TiO2 梯度薄膜样品库的制备。依托合肥光源红外与远红外实验站，设计、搭建了光催化降解VOCs的反应气路和原位反应池，并耦合了红外光谱仪与红外显微镜，建立了光催化降解VOCs的同步辐射原位红外光谱和红外显微研究系统。利用红外显微的空间分辨能力（～10 μm@2000 cm-1），对La3+ /Nd3+-TiO2 光催化剂样品库吸附、光催化降解气相甲苯的性能进行了表征（如图），实现了多组分光催化剂的快速筛选和红外显微光谱分析。其中优化出的1.0%La 3+/0.4% Nd3+ -TiO2 在可见光下2h内降解气相甲苯的效率达93.4%。
在筛选/优化光催化降解VOCs材料的基础上，高琛教授课题组还对光催化剂表面吸附、反应过程中间产物的种类和变化进行了红外谱学研究。众所周知，反应物在催化剂表面的吸附是光催化降解过程中至关重要的一步。对TiO2进行表面修饰，优化羟基活性位是提高其吸附能力和光催化活性的重要手段。研究人员采用酸或碱气氛对TiO2表面进行了改性，阐明了酸/碱气氛修饰TiO2的表面活性位、甲苯吸附构型与光催化活性的关系，例证了气氛修饰/界面调控是优化光催化活性的重要手段。研究工作发表在ChemCatChem (2014, 6, 2535-2539)和Applied Catalysis B: Environmental（ 2015，170, 215-224）期刊上。
图：La3+/Nd3+-TiO2（a）吸附前;（b）吸附甲苯20min;（c）吸附后光催化降解2h的红外显微图;
(d）红外显微方法筛选光催化剂的示意图;(e）从La3+/Nd3+-TiO2样品库中优化出的
0.1%La3+/0.4%Nd3+-TiO2在R.H.70%下的光催化活性图
