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南開大學(xue)電子(zi)信(xin)息與光學(xue)工程學(xue)院王衛超教授課題組面向國(guo)家臭(chou)氧污染嚴峻形(xing)勢以及(ji)“雙碳”戰略重大戰略需求，首次在三元(yuan)氧化物催(cui)化劑莫來石(shi)YMn2O5上實(shi)現(xian)無能耗超低(di)溫(-40 oC-室溫)臭(chou)氧分解。該成果的推廣應用將為目前新型大氣(qi)污染物臭(chou)氧在超低(di)溫環境下的降解提(ti)供有力的技術支(zhi)撐，并在商業航空等領域發揮積極作用。介紹該工作的論(lun)文日前發表于國(guo)際學(xue)術期刊Environmental Science & Technology上。
隨著我國(guo)“十四五”規(gui)劃(hua)將大氣污染控制的(de)(de)重點(dian)從(cong)PM2.5轉向(xiang)VOCs和O3，開發零(ling)能耗分解(jie)O3的(de)(de)催(cui)化劑(ji)至(zhi)關重要。目前廣(guang)泛研究(jiu)的(de)(de)催(cui)化材料無法滿足(zu)極低溫(wen)環(huan)(huan)境(jing)(jing)(jing)下(xia)(-40oC-室(shi)溫(wen))的(de)(de)催(cui)化需求。因此(ci)，設計滿足(zu)國(guo)家“雙碳”要求的(de)(de)復雜環(huan)(huan)境(jing)(jing)(jing)下(xia)零(ling)能耗分解(jie)臭氧(yang)的(de)(de)催(cui)化劑(ji)具有重要的(de)(de)環(huan)(huan)境(jing)(jing)(jing)意(yi)義與科學價值。研究(jiu)表明(ming)，得(de)益于莫來石獨特的(de)(de)對稱(cheng)結(jie)構和表面適宜的(de)(de)Mn-O鍵(jian)結(jie)合(he)強度(du)，YMn2O5可以在極低的(de)(de)過(guo)渡態勢(shi)壘(0.29 eV)下(xia)將臭氧(yang)高(gao)效分解(jie)為氧(yang)氣，并能在高(gao)濃(nong)度(du)(120 ppm)、高(gao)空(kong)速(su)(600,000 mL·g-1·h-1)、超低溫(wen)(-40oC-室(shi)溫(wen))、高(gao)濕度(du)(RH=90%)環(huan)(huan)境(jing)(jing)(jing)下(xia)長時間(100h)保持穩定。
圖1.YMn2O5高(gao)效催化(hua)高(gao)濃(nong)度臭氧分(fen)解為氧氣(qi)，并能在超(chao)低溫(a)及高(gao)濕(shi)度(b,c)環(huan)境下(xia)長時間保持穩定。(120ppm O3/Air，質量(liang)空速WHSV=600,000mL·g-1·h-1，RH：相對濕(shi)度)
圖(tu)2.(a)莫(mo)來石單(dan)胞，(b)合成(cheng)粉末電鏡(jing)圖(tu)以及(c)基于莫(mo)來石催化材料的(de)部(bu)分工業產品
從2019年開始，基(ji)于(yu)莫來石(shi)催(cui)化材料，王衛超教授(shou)課(ke)題(ti)組布(bu)局了臭氧的零能(neng)耗分解方向。目(mu)前，團隊已(yi)經(jing)實現(xian)了該材料的宏量制(zhi)備(bei)，可(ke)滿足(zu)各類工業應用需求(qiu)。期待在“雙碳”背景下(xia)，莫來石(shi)催(cui)化劑能(neng)夠對目(mu)前大氣污染物臭氧的降(jiang)解提供必要的技術支撐。
論文(wen)第(di)一(yi)作者為電子信息(xi)與(yu)光學(xue)(xue)工程學(xue)(xue)院博士(shi)生(sheng)萬翔和(he)王麗靜，王衛超教授為通訊(xun)作者，南(nan)開(kai)大學(xue)(xue)為第(di)一(yi)完(wan)成單位(wei)。
該(gai)研究得到了國(guo)家(jia)自然科學基金委，深圳市科技(ji)創新委員會，移(yi)動源排(pai)放控(kong)制技(ji)術國(guo)家(jia)工(gong)程實(shi)驗室(shi)，國(guo)家(jia)環境保護惡臭(chou)污染控(kong)制重點(dian)實(shi)驗室(shi)，天津市杰出青年學者(zhe)基金的(de)資助。
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