南開團隊在臭氧污染物的超低溫治理領域獲新進展
【谷騰環保網訊】南開大學電子信息與光學工程學院王衛超教授課題組面向國家臭氧污染嚴峻形勢以及“雙碳”戰略重大戰略需求，首次在三元氧化物催化劑莫來石YMn2O5上實現無能耗超低溫(-40oC-室溫)臭氧分解。該成果的推廣應用將為目前新型大氣污染物臭氧在超低溫環境下的降解提供有力的技術支撐，并在商業航空等領域發揮積極作用。介紹該工作的論文日前發表于國際學術期刊Environmental Science & Technology上。
隨著我國“十四五”規劃將大氣污染控制的重點從PM2.5轉向VOCs和O3，開發零能耗分解O3的催化劑至關重要。目前廣泛研究的催化材料無法滿足極低溫環境下（-40oC-室溫）的催化需求。因此，設計滿足國家“雙碳”要求的復雜環境下零能耗分解臭氧的催化劑具有重要的環境意義與科學價值。研究表明，得益于莫來石獨特的對稱結構和表面適宜的Mn-O鍵結合強度，YMn2O5可以在極低的過渡態勢壘（0.29 eV）下將臭氧高效分解為氧氣，并能在高濃度（120 ppm）、高空速（600,000mL·g-1·h-1）、超低溫（-40oC-室溫）、高濕度（RH=90%）環境下長時間（100h）保持穩定。
圖1.YMn2O5高效催化高濃度臭氧分解為氧氣，并能在超低溫（a）及高濕度（b,c）環境下長時間保持穩定。（120ppm O3/Air，質量空速WHSV=600,000mL·g-1·h-1，RH：相對濕度）
圖2.（a）莫來石單胞，（b）合成粉末電鏡圖以及（c）基于莫來石催化材料的部分工業產品
從2019年開始，基于莫來石催化材料，王衛超教授課題組布局了臭氧的零能耗分解方向。目前，團隊已經實現了該材料的宏量制備，可滿足各類工業應用需求。期待在“雙碳”背景下，莫來石催化劑能夠對目前大氣污染物臭氧的降解提供必要的技術支撐。
論文第一作者為電子信息與光學工程學院博士生萬翔和王麗靜，王衛超教授為通訊作者，南開大學為第一完成單位。
該研究得到了國家自然科學基金委，深圳市科技創新委員會，移動源排放控制技術國家工程實驗室，國家環境保護惡臭污染控制重點實驗室，天津市杰出青年學者基金的資助。
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