隨著我國(guó)“十四五”規(guī)劃將大氣污染控制的重點(diǎn)從PM2.5轉(zhuǎn)向VOCs和O3，開(kāi)發(fā)零能耗分解O3的催化劑至關(guān)重要。近日，南開(kāi)大學(xué)電子信息與光學(xué)工程學(xué)院王衛(wèi)超教授課題組面向國(guó)家臭氧污染嚴(yán)峻形勢(shì)以及“雙碳”戰(zhàn)略重大戰(zhàn)略需求，首次在三元氧化物催化劑莫來(lái)石YMn2O5上實(shí)現(xiàn)無(wú)能耗超低溫(-40 oC-室溫)臭氧分解。介紹該工作的論文日前發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Environmental Science & Technology上。
目前，廣泛研究的催化材料無(wú)法滿足極低溫環(huán)境下（-40oC——室溫）的催化需求。因此，設(shè)計(jì)滿足國(guó)家“雙碳”要求的復(fù)雜環(huán)境下零能耗分解臭氧的催化劑具有重要的環(huán)境意義與科學(xué)價(jià)值。研究表明，得益于莫來(lái)石獨(dú)特的對(duì)稱結(jié)構(gòu)和表面適宜的Mn-O鍵結(jié)合強(qiáng)度，YMn2O5可以在極低的過(guò)渡態(tài)勢(shì)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（600,000 mL·g-1·h-1）、超低溫（-40oC-室溫）、高濕度（RH=90%）環(huán)境下長(zhǎng)時(shí)間（100h）保持穩(wěn)定。
王衛(wèi)超教授從事錳基催化劑研究工作多年，曾主持和參與國(guó)家重點(diǎn)專項(xiàng)基金，天津市重點(diǎn)專項(xiàng)，國(guó)家自然基金在內(nèi)的多項(xiàng)課題；主要的研究興趣是基于高通量計(jì)算和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的能源存儲(chǔ)和環(huán)境大氣凈化催化設(shè)計(jì)；在Science等國(guó)際著名期刊發(fā)表文章100余篇；成果受到了來(lái)自美國(guó)化學(xué)工程雜志(C&EN)，自然(Nature)，?？怂?Fox)，光明日?qǐng)?bào)等媒體和雜志的關(guān)注和報(bào)道。
（a）莫來(lái)石單胞，（b）合成粉末電鏡圖以及（c）基于莫來(lái)石催化材料的部分工業(yè)產(chǎn)品
王衛(wèi)超教授課題組在2012年就率先發(fā)現(xiàn)莫來(lái)石材料具有超強(qiáng)的NO氧化能力，同時(shí)該材料被拓展到VOC污染的治理中，實(shí)現(xiàn)了高效的轉(zhuǎn)換。2014年起，課題組開(kāi)展了基于該系列材料的電催化理論研究及應(yīng)用探索。從2019年開(kāi)始，基于莫來(lái)石催化材料，王衛(wèi)超教授課題組布局了臭氧的零能耗分解方向。目前，團(tuán)隊(duì)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了該材料的宏量制備，可滿足各類工業(yè)應(yīng)用需求。該成果的推廣應(yīng)用將為目前新型大氣污染物臭氧在超低溫環(huán)境下的降解提供有力的技術(shù)支撐，并在商業(yè)航空等領(lǐng)域發(fā)揮積極作用。
該論文第一作者為南開(kāi)大學(xué)電子信息與光學(xué)工程學(xué)院博士生萬(wàn)翔和王麗靜，王衛(wèi)超教授為通訊作者，南開(kāi)大學(xué)為第一完成單位。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委，深圳市科技創(chuàng)新委員會(huì)，移動(dòng)源排放控制技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，國(guó)家環(huán)境保護(hù)惡臭污染控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津市杰出青年學(xué)者基金的資助。
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南開(kāi)大學(xué)電子信息與光學(xué)工程學(xué)院現(xiàn)有5個(gè)本科專業(yè)：電子信息科學(xué)與技術(shù)、通信工程、電子科學(xué)與技術(shù)、微電子科學(xué)與工程、光電信息科學(xué)與工程。近五年來(lái)，學(xué)院共承擔(dān)國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、天津市科技支撐重點(diǎn)項(xiàng)目等國(guó)家級(jí)、省部級(jí)及各種橫向課題共計(jì)850余項(xiàng)，科研經(jīng)費(fèi)1.8億；在國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)刊物和學(xué)術(shù)會(huì)議上發(fā)表學(xué)術(shù)論文1000余篇；獲省部級(jí)科技成果獎(jiǎng)多項(xiàng)；出版專著、教材與譯著20余部，取得了一批標(biāo)志性的科研成果。
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