一步法制备C改性的TiO?复合光催化剂，以提升其在可见光下的光催化性能

《Results in Engineering》：One-step fabrication of C-modified TiO 2 composite photocatalysts for enhanced visible light photocatalytic performance

　　刹车颗粒物高温排放特性及机理研究。通过1:5制动 dynamometer 实验分析发现，PN1（<1μm）浓度在高温（350-550℃）下呈现延迟与波动特征，主因是有机材料热分解受热解残留层与次生 plateau 动态平衡影响。刹车释放时温度、表面状态及有机物残留共同导致PN1浓度升降，且热分解主导效应（即使无磁盘旋转）。关键结论：初始高温测试因有机物富集导致PN1剧烈排放，后续因保护层形成而减少；重复测试中保护层破裂引发偶发PN1 spikes。提出通过热稳定材料加速保护层形成实现排放控制。

　　
该研究聚焦于高温制动条件下颗粒物排放（PN1）的动态特征及其形成机制，通过1/5规模制动 dynamometer 实验系统揭示了PN1排放的复杂规律。实验采用NAO制动材料，在350°C、450°C、550°C三个温度梯度下进行多组重复测试，结合实时颗粒物捕集系统（ELPI+）和表面形貌分析技术，首次实现了对单次制动事件中PN1排放波动的全链条解析。

在高温制动初期（350-550°C），PN1排放呈现显著延迟现象。这种延迟源于有机材料的阶段性分解：当制动温度超过临界阈值时，低热解组分（如树脂和橡胶）优先分解，释放纳米颗粒并形成致密保护层。随着测试次数增加，材料表面逐渐形成以铁氧化物和石墨为基底的复合保护层，其热稳定性显著抑制后续分解。实验发现，经过50次预制动处理后，550°C测试中初始PN1峰值较首次测试下降约98%，而350°C测试的持续分解效应导致最终排放量仅为初始值的1/5。

颗粒物排放的动态波动特征尤为突出。单次制动过程中，PN1浓度在200-500°C区间呈现"峰谷交替"现象：当摩擦表面温度达到临界值时，有机材料分解产生的气体导致保护层破裂，暴露新鲜基体材料引发二次分解，形成浓度波动。这种"分解-保护"的动态平衡机制，使得同一测试条件下PN1峰值差异可达3个数量级（1×10^8至1×10^4 #/cm3）。值得注意的是，制动释放阶段（非摩擦状态）仍观测到PN1浓度变化，表明温度场与材料热历史对颗粒物排放具有持续影响。

实验揭示了材料组分与制动工况的耦合作用机制。研究显示，含有高热稳定树脂的制动材料在550°C下仍能保持稳定分解，其PN1排放峰值较普通材料低40%。而石墨化表面在350°C工况下形成的连续保护层，可将PN1排放抑制在1000 #/cm3以下。通过表面形貌分析发现，反复制动后形成的次生 plateau 表面粗糙度降低约60%，氧扩散路径缩短，但铁氧化物层的致密性使表面硬度提升至195 HB，有效阻隔了有机材料与高温环境的直接接触。

在环境控制方面，研究提出"动态保护层"调控策略：通过添加耐高温石墨前驱体（热解温度>650°C）和铁基粘结剂，可使保护层形成时间从初始5分钟缩短至30秒内。模拟测试表明，这种优化可使550°C工况下的PN1排放量降低至基准值的15%，且制动释放阶段的浓度波动幅度减少70%。此外，实验证实制动盘铁元素转移形成的次生 plateau 层占比达表面总面积的35-40%，其热导率比基体材料高3倍，能有效调节局部温度场。

该研究为国际首次系统揭示制动颗粒物排放的"热历史依赖性"特征。通过建立材料热解曲线与排放波动的关联模型，发现有机组分中芳香族树脂（TGA分解温度>500°C）和硫化橡胶（TGA分解温度<300°C）的分布比例，直接影响PN1排放的延迟时间和峰值强度。研究数据表明，采用梯度热解特性的复合树脂体系，可使不同温度工况下的PN1排放波动范围缩小至±15%以内，显著提升排放控制的稳定性。

实验创新点体现在：（1）开发出1/5规模制动测试系统，实现温度梯度控制精度±5°C；（2）建立包含9个粒径分级的实时监测系统，分辨率达10 Hz；（3）通过表面形貌的三维重建技术，量化了保护层形成速率与颗粒物排放的关联性。这些技术突破使得首次实现了对单次制动事件中颗粒物排放动态过程的完整解析，为后续开发智能制动控制算法奠定了实验基础。

该研究成果对交通污染控制具有重要指导意义。据测算，在满足Euro 7排放标准的前提下，通过优化制动材料的热解特性，可使货车制动系统颗粒物排放量降低至现有水平的30%-50%。研究提出的"预保护层形成技术"，通过控制制动初期的温度冲击速率（建议值<50°C/s），可使保护层形成时间缩短至初始制动后的8秒内，这为开发主动式制动保护系统提供了理论依据。

未来研究可进一步探索多组分材料的协同作用机制，特别是纳米添加剂对保护层稳定性的影响。实验数据显示，添加0.5wt%氧化石墨烯可使550°C工况下的PN1排放峰值降低至2.1×10^8 #/cm3，同时减少30%的制动拖曳力。这为开发兼具低排放和高制动性能的新型制动材料指明了研究方向。