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氧化开环去芳香化是芳香族污染物在环境中氧化转化和通过高级氧化技术氧化降解的最重要过程之一，也是TiO2光催化将芳香族污染物最终完全矿化为CO2和H2O必需的步骤。O2和H2O是TiO2光催化反应过程中最为重要的两个反应物，它们在水相TiO2光催化氧化打开芳香环的sp2C-C键中起到了决定性作用。但是由于光催化氧化物种的复杂性，而且又缺少可行的模型反应物，导致苯环开环的直接产物产率较低(＜5％)，同时又伴随着产物同位素交换等一系列问题，目前对O2和H2O在氧化开环过程中发挥的具体作用尚不清楚，对苯环开环机理还存在争议。 本论文围绕TiO2光催化反应过程中最为重要的两个反应物O2和H2O来研究它们与芳香化合物和催化剂的相互作用在芳香污染物氧化开环过程中的作用，及其导致芳香环中C-C键的断裂和氧元素插入过程中各类活性物种的作用及反应路径等机理细节。研究过程中主要以TiO2在水溶液中光催化降解3，5-二叔丁基儿茶酚(DTBC)为模型反应，通过18O同位素标记的方法研究O2和H2O在TiO2光催化降解芳环开环过程中的作用。通过产物分析我们能够得到高达35％的苯环开环初始产物，包括两种内开环产物(～30％)和两种外开环产物(～5％)。其中七元环的内开环产物酸酐2(～25％产率)是苯环C-C键被打开后最初始的产物，它的同位素数据直接证明了苯环的开环是由分子氧中的单氧原子插入苯环的C-C键导致的。其它三种苯环开环产物的同位素结果也同样表明分子氧是苯环开环的最终活性物种，而且都是通过单个氧原子插入的方式打开苯环，并不是过去一直认为的分子氧1，2加成的双氧插入过程。最后我们通过改变催化剂的颗粒尺寸大小来调节表面Ti原子的配位情况，观察两种苯环开环产物之间的产率分布情况，发现催化剂颗粒的大小与内外开环产物产率的比值有很好的相关性。这些结果暗示在TiO2光催化芳环开环反应中氧气活化的方式可能是由TiO2颗粒表面的Ti原子的配位情况决定的。