低硫燃油对于减少空气污染物、延长发动机寿命以及满足燃料电池的原料需求起着至关重要的作用,持续开发高效节能的燃油深度脱硫方法是石油炼制工业亟待解决的重要课题。传统的加氢脱硫工艺操作条件苛刻且消耗大量氢气,然而依然难以有效地脱除杂环类硫化物。光催化脱硫方法反应条件温和、可利用太阳能、不消耗氢气并可高效脱除燃油中杂环类硫化物,因而被认为是具有发展前景的技术之一。本文以光催化活化分子氧深度脱除燃油中杂环类硫化物为主要研究内容。分别选择了氧化石墨烯、胆碱-磷钨酸、氯氧化铋和TiO2-MoS2-RGO(RGO代表还原氧化石墨烯)为光催化剂,分子氧(O2)为氧化剂,乙腈为萃取剂,探索在紫外光(UV)辐射条件下脱除燃油中杂环类硫化物的性能,并结合密度泛函理论(DFT)计算深入探讨光催化脱硫反应机制。(1)氧化石墨烯光催化活化分子氧脱除燃油中杂环类硫化物。以氧化石墨烯、空气、甲酸和乙腈组成萃取-光催化氧化耦合脱硫体系,在UV辐射下,系统地研究了主要反应条件对模拟油脱硫性能的影响。探讨了不同反应条件,如氧化石墨烯用量、乙腈与模拟油体积比(剂油比)、甲酸用量、初始硫浓度、空气或N2鼓泡速率、不同硫化物以及燃油组成对体系脱硫率的影响。采用自由基捕获实验、气质联用仪(GC-MS)、电子自旋共振光谱(ESR)和DFT计算进一步考察了光催化氧化脱硫反应机理。结果表明,在UV辐射下氧化石墨烯的扶手边缘和缺陷位可产生活性氧物种(主要为HO2·H2O·)。这些活性氧物种进一步氧化燃油中的硫化物,氧化后硫化物通过乙腈萃取脱除,以实现燃油的深度脱硫。(2)胆碱-磷钨酸中电子与空穴的相互作用活化分子氧脱除燃油中杂环类硫化物。以胆碱-磷钨酸、模拟油、空气和乙腈组成一种UV辐射下的燃油萃取-光催化氧化耦合脱硫体系,系统地探讨了反应条件(包括胆碱-磷钨酸用量、剂油比、初始硫含量、空气或N2鼓泡速率、硫化物类型以及油品组成等)对模拟油脱硫率的影响。相对于模拟燃油,当前体系对直馏汽油的脱硫性能略有下降,这是由于真实汽油的组成复杂性引发的竞争性副反应导致脱硫率下降。此外,通过自由基捕获实验、GC-MS测试、ESR谱和DFT计算考察了光催化脱硫反应机理。结果表明,胆碱-磷钨酸盐存在较强的电子-空穴的相互作用,并通过能量转移直接活化分子氧,形成活性更高的单重态氧(1O2)。硫化物与活性氧反应生成高极性砜类化合物转移至萃取相,从而实现燃油深度脱硫。(3)BiOCl单晶片中共暴露晶面对光催化活化分子氧脱除燃油中杂环类硫化物的影响。通过调节反应体系的pH值,分别制备了具有双晶面共暴露的BiOCl(BOC-01)和三晶面共暴露的BiOCl(BOC-02)。HRTEM、SAED及FESEM结果表明,BOC-01单晶片主要以六面体为主,横截面为矩形,计算的{001}和{110}晶面占全部表面的比例分别为～86.5%和～13.5%。而BOC-02单晶片主要以十面体为主,横截面为八边形,计算的{001}、{110}和{010}晶面占全部表面的比例分别为～71.6%、～17.1%和～11.3%。脱硫测试表明,BOC-01的脱硫性能略优于BOC-02。自由基捕获实验和ESR谱表明在BOC-01与BOC-02光催化体系中存在多种活性氧物种。其中1O2、H2O2和h+是氧化二苯并噻吩的主要活性氧物种,而HO·和O2-·在脱硫过程中起次要作用。DFT计算进一步表明BOC-01和BOC-02中光生电子主要分布于{110}晶面,而光生空穴主要分布于{001}晶面。此外,在双晶面共暴露的BOC-01中产生的激子效应在光催化分子氧活化中起关键作用,而在三晶面共暴露的BOC-02中主要通过电荷转移产生活性氧物种。(4)TiO2-MoS2-RGO复合物的电子结构及光催化脱除燃油中杂环类硫化物。通过两步水热法制备了三元纳米复合物TiO2-MoS2-RGO,拉曼光谱、TEM、XPS和DFT的分析表明TiO2-MoS2-RGO是以弱相互作用力结合形成的“范德华异质结”,弱相互作用能是复合物稳定的重要原因。通过DFT计算优化了 TiO2-MoS2-RGO的几何结构,获得其电子结构和电荷转移特性。结果表明,在UV辐射下,受激光生电子通过多点跃迁,从TiO2的价带转移至MoS2和RGO的导带。以TiO2-MoS2-RGO、模拟油、空气和乙腈组成萃取/光催化脱硫反应系统,测试主要反应条件对脱硫率的影响。结果表明,TiO2-MoS2-RGO表现出比TiO2、MoS2和MoS2-RGO增强的光催化脱硫性能。这是由于三元复合物中内建双电场有效降低电子空穴复合的概率,增强了光催化活性。本文以氧化石墨烯、胆碱-磷钨酸、氯氧化铋和TiO2-MoS2-RGO活化分子氧脱除燃油中杂环类硫化物为实例,评价其脱硫性能和探索反应机制,旨在深入理解光催化氧化脱硫的一些基本问题,为发展新型高效的清洁燃油技术提供参考。