活動背景

為了搭建起服務青少年科技創(chuàng)新發(fā)展的平臺，推動青少年科普工作新格局、新機制，重慶市根據(jù)國務院印發(fā)的《全民科學素質行動計劃綱要》，舉辦了青少年科技夏令營、冬令營等活動。通過社會廣泛征集，由重慶大學材料學院的張育新教授承辦了“智慧未來”分營。張教授積極組織開展了納米材料體驗、虛擬現(xiàn)實體驗、工業(yè)設計三個主題內容的活動。

周憬昊同學是2018年、2019年夏令營的優(yōu)秀學員，從張家港遠程趕來參加活動，在重慶大學夏令營期間，對光催化降解污染物的納米材料非常感興趣，張育新教授介紹他前往重慶工商大學董帆教授團隊進行實驗研究。在兩位教授的聯(lián)合指導下，周同學完成了科普論文一份，同時獲得重慶市沙坪壩區(qū)青少年科技新星證書。

小貼士

甲醛，無色有刺激性氣體，2017年10月27日，世界衛(wèi)生組織國際癌癥研究機構公布的致癌物清單中，將甲醛放在一類致癌物列表中。2019年7月23日，甲醛被列入有毒有害水污染物名錄（第一批）。

這種極具危險性的化學物質就藏于我們身邊，家中的復合地板或桌子，木器漆器等家具中都含有甲醛。

原來是個有害物質

2019年的暑假，我來到重慶工商大學做科學實驗。那天，董帆教授早早地在實驗室門口迎接我。

“周憬昊同學，歡迎來到我們光催化實驗室?！?/p>

我點了點頭道：“你好，董帆教授。我想了解怎么減少房中的異味?！?/p>

“那你知道這個氣味是什么嗎？”董教授溫和地問。

“這這這……”我感到十分窘迫，兩頰漲紅，低下頭小聲地說“不知道”。

“其實，剛裝修好的房間里有很多PM2.5。而那種氣味主要來自其中的甲醛。甲醛會‘治癌……”

“治癌？那好東西呀，為啥還會有其他那么多癥狀呢？”

“不是治癌，是致癌，致命的致。”

“哦，抱歉抱歉，原來是個有害物質?！蔽翌D時感到自己知識淺薄，于是動手上網查了查，了解了甲醛的化學性質，以免等下做實驗的時候犯錯。

甲醛的化學反應方程式是CH2O，別名福爾馬林，是一種無色卻有強烈刺激性的氣體，屬于可揮發(fā)性慢性（VOC）病毒，易揮發(fā)，在常溫下是液體，所以人體可以聞到。甲醛有高濃度和低濃度之分。高濃度的甲醛會和人體蛋白質結合，會嚴重刺激呼吸道，從而引發(fā)水腫、頭疼等一系列癥狀。此外，長期接觸低濃度甲醛，也可能引起慢性呼吸道疾病，導致女性月經紊亂、新生兒染色體異常，甚至鼻咽癌。

然而現(xiàn)在，一些貪財?shù)纳碳以谠旒揖邥r為了降低成本，就用木屑加膠水壓在一起。殊不知，膠水當中的甲醛含量特別高。時間一久，慢揮發(fā)性的甲醛已經揮發(fā)了很多，即使做了緩釋措施，但在大熱天中甲醛還是會繼續(xù)揮發(fā)。這就意味著我們天天在慢性吸“毒”！

這太可怕了！那么我們如何才能消除甲醛呢？考慮到實驗的安全性，董帆教授給我設計了光催化降解一氧化氮（NO）的實驗，因為一氧化氮和甲醛都是一類污染物，所以這個實驗與降解甲醛的原理類似。

光的波長圖

光催化實驗示意圖

開始一場光催化實驗

準備階段

實驗器材十分簡單：光照燈，一氧化氮的檢測儀，一氧化氮瓶，還有“流量計”（控制一氧化氮每秒流量的機器）。

在光催化降解一氧化氮過程中，需要一個可以把光子轉化成電子的介質，我們用的是碳酸氧鉍 ①，一種半導體材料，雖然它不參加光催化的過程，但卻是必不可缺的，它能催化加速降解，使降解污染物效率有所提高。

我們選用的光照燈提供可見光。因為光有波長能量之分，紫外線波長最短，紅外線波長最長，可見光適中。紫外線能量雖強，但是對人體眼睛皮膚等有害;紅外線波長雖長，但是它無法激活出電子，電子是降解污染物的關鍵。生活中可見光最多，碳酸氧鉍剛好可以在可見光照射下產生電子。

實驗階段

實驗開始，我們需要讓一氧化氮的檢測儀預熱，先用超聲波把碳酸氧鉍清洗一下。超聲波清洗機原理主要是通過換能器，將功率超聲頻源的聲能轉換成機械振動，再通過清洗槽壁將超聲波輻射到槽子中的清洗液。由于受到超聲波的輻射，槽內液體中的微氣泡能夠在聲波的作用下保持振動。振動的微氣泡能破壞污物，吸附清洗件的表層，而氣體型氣泡的振動還能對固體表面進行擦洗。

預熱好之后，就可以打開一氧化氮瓶的閥門。到這時，就開始測試了。流量計設置的是每分鐘1.3 毫升，量少，但也十分恐怖。

看著一氧化氮的比值在不斷減少，我不禁露出了微笑，成功了！然而比值（降解的值÷ 總值= 比值）卻不如人意，只降解了20% ！但董教授說這已經很好了，如果還想提高，只能用其他性能更好的介質代替碳酸氧鉍。

親自參與實驗后，我才真切地感受到，想要降解一氧化氮可真不容易，別說高濃度了，就是在低濃度的情況下，也還需要更好的材料才行。所以，光催化降解“毒氣”是一種途徑，但目前來看，效果也比較一般，我們還需尋找更好的介質進行實驗研究。