Trans Tianjin Univ |低能耗高效锰基催化剂用于室内挥发性有机物降解

1. 综述了锰基催化剂的设计、合成及其在VOCs催化降解方面的最新进展。

2. 介绍了锰基催化剂对VOCs的热催化、光催化和光热催化降解。

3. 讨论了结构设计、装饰改性和缺陷工程等技术对锰基催化剂性能的调控。

4. 提出该领域的挑战和未来的研究方向。

能源和环境问题是当今世界的两大问题。挥发性有机化合物（VOCs）的来源广泛，包括涂料、有机化学品、石化、制药和餐饮行业，室内VOCs严重危害人体健康。VOCs催化降解作为一种低能耗、高效率、易实现的方式，在相关领域得到了广泛的研究。锰基催化剂作为一种过渡金属催化剂，因其优异的催化性能、独特的结构、大的比表面积、优异的吸附能力、高效、低成本、稳定性好等独特优势，在VOCs的催化降解方面备受关注。

本文综述了用于降解VOCs的锰基催化剂的设计、合成和应用的最新进展。首先简要介绍了VOCs的降解机理，然后总结了锰基催化剂对VOCs降解的热催化、光催化和光热催化，讨论了锰基催化剂的结构设计、装饰改性和缺陷工程等方面的优化。研究表明：适当的结构设计可以提高比表面积，增加活性位点，提高催化性能；一定量的其他金属离子特别是贵金属的修饰，可以大大提高催化性能；缺陷工程被认为是调节材料电子结构最有效的策略之一，极大地提高了催化剂的催化性能。最后，就该领域的挑战和未来的研究方向提供了一些见解：

图2 （a）甲苯转化率曲线，（b）反应温度与α-、β-、γ-和δ-MnO₂ Arrhenius 拟合曲线。经参考文献[38]许可转载，版权所有2019 Elsevier。（c）甲苯催化氧化性能和（d）不同相结构的MnO₂催化甲苯氧化过程中的CO₂产率。经参考文献[65]许可转载，版权所有2019 Elsevier

图3 催化剂对乙烯、丙烯、甲苯和VOC（乙烯、丙烯和甲苯）总氧化催化结果与反应温度的关系。经参考文献[36]许可转载，版权所有 2014 Elsevier

图4 （a）催化剂Au/TOS、Mn/TOS、Au-Mn/TOS 和TOS对丙烷总氧化催化活性比较。经参考文献[59]许可转载，版权所有2014 Elsevier。（b）催化剂MnO₂ 和Pt 沉积的MnO₂对甲苯转化的温度关系。经参考文献[69]许可转载，版权所有2019Elsevier

图5   VOCs 的氧化：（a） 甲苯转化和 （b） γ-MnO₂/SMO、SMO 和γ-MnO₂ 催化甲苯氧化CO₂ 产率与反应温度的关系；（c）苯、乙苯和邻二甲苯转化率和（d） γ-MnO₂/SMO催化BEX 氧化的CO₂产率与反应温度的关系。经参考文献[40]许可转载，版权所有 2019 Elsevier

图6  发生在半导体粒子上的主要反应：电子-空穴对的产生、电荷转移、本体表面中的电子-空穴对复合，以及在表面的电子和空穴诱导化学反应。经参考文献[81]许可转载，版权所有 2019 WILEY-VCH

图7 （a）苯浓度与时间关系，（b）苯氧化产生的 CO₂，（c）在催化剂上苯氧化产生的 CO₂，（d） 在氙灯的全太阳光谱辐照下CM-120 对苯氧化的耐久性（每个循环的反应时间，20 分钟）。经参考文献[93]许可转载，版权所有2015 Royal Society of Chemistry

图8 （a）催化剂 Pt-TiO₂/Ce-MnOxTi40%-Pt1.0%光催化、热催化和光热催化性能的比较。经参考文献[61]许可转载，版权所有 2012 Elsevier。（b）MnOx/TNS-C 样品在黑暗中和在不同温度下 Xe 灯照射下苯氧化的CO₂生成率。经参考文献[102]许可转载，版权所有2016 Elsevier

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