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  揮發性有機化合物(VOCs)是大氣環境汙染物的關鍵組成之一,它的種類繁多、成分極其複雜,對生物具有致畸、致癌、致突變性,同時VOCs還是PM2.5及臭氧等大氣複合汙染的重要前體物和參與物。催化燃燒技術(即催化氧化法)是目前最有效可行的VOCs治理技術之一,該技術的應用關鍵在于具有較低起燃溫度、較寬溫度窗口以及良好熱穩定性催化劑的研發。 

  最近,中國科學院兰州化学物理研究所唐志诚研究員团队在VOCs催化燃燒高效催化劑的設計調控方面取得了系列研究進展Nanoscale, 2018,10, 21307-21319;Crystal Growth & Design, 2019, 19, 4546-4556Crystal Growth & Design, 2019, DOI: 10.1021/acs.cgd.9b00677Mol. Catal., 2018, 463, 77-86 

  該研究團隊采用原位硬模板法實現了模板劑、金屬納米粒子和有機配體在溶液中有效的自組裝(圖1),成功制備了中空結構的HC-CoInOx多孔納米立方體雙金屬氧化物催化劑,該催化劑可有效降祱D妆酵耆催化燃燒的反應溫度,同時具備良好的熱穩定性。 

   

  1  原位硬模板法制備中空結構的多孔納米立方體 

    研究人員通過與不采用硬模板劑的納米立方體對比,發現模板劑的加入不僅能促進中空多孔結構的形成,而且可顯著提高納米立方體形貌結構的熱穩定性。在相同的煅燒溫度下,加入TEOS的样品高温煅烧后仍然保持较为规则且完整的立方体形貌(圖2b,c,f),而沒有引入TEOS的样品明显出现了结构的部分破坏(圖2d,e)。重點在于VOCs催化燃燒的性能差異較大,其中中空結構的多孔HC-CoInOx催化劑上甲苯的完全轉化溫度僅爲250 °C,而非中空結構的C-CoInOx催化劑上甲苯的完全轉化溫度高達370 °C 

  該研究工作最近發表在Nanoscale上(Nanoscale, 2019, 11, 9937-9948, 論文第一作者为兰州化物所董芳博士,論文通讯作者为兰州化物所唐志诚研究員。 

   

  2  SEM (a) CoIn-PBA 前驅體, (b) SiO2@CoInOx@SiO2前驅體, (c) 中空結構的多孔HC-CoInOx(d) C-CoInOx; TEM(e) C-CoInOx, (f) 中空結構的HC-CoInOx  

  以上研究成果得到了國家自然科學基金青年基金(21707145, 51808529)、蘭州市科技局創新創業人才項目(2018-RC-65)以及中科院“西部之光”等項目的資助。 

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