建构具有层状钙钛矿结构的Ruddlesden-Popper氧化物催化燃烧二氯甲烷的研究

Along with the increasing concern in environmental protection and healthy consciousness, the effects of chlorinated organic compounds (CVOCs) in human health and ozone destruction have attracted more and more attention. In this proposal, the Ruddlesden-Popper (RP) oxides with layered perovskite structure are, for the first time, employed as catalysts for catalytic combustion of CVOCs. Since perovskite catalysts suffer from very poor performance, the application of which is very energy intensive, the proposal intends to utilize RP oxides to effectively reduce the complete degradation temperature of CVOCs by taking the advantages of their high β-O mobility and strong α-O adsorptivity. ..Furthermore, face with the particularly low specific surface area of RP oxides, the proposal uses a novel supercritical water syntheses method to improve the surface area via yielding homogenously mixed products and introducing an anti-burning agent of MgO. Meanwhile, a representative dichloromethane is selected as active probe to explore the reaction paths of CVOCs over RP oxides and the selectivity effects of β-O mobility in combustion products. We expect that the work conducted in this proposal could provide experimental and theoretical basis for the potential application of RP oxides in catalytic combustion of CVOCs.

随着人们环境保护和健康意识的增强，含氯有机化合物（简称CVOCs）对人体健康的"三致"效应以及对大气平流层中臭氧的破坏越来越引起人们的关注。本课题借助催化燃烧的手段，首次以具有层状钙钛矿结构的Ruddlesden-Popper（RP）氧化物为催化剂来消除CVOCs。基于钙钛矿结构催化剂活性表现不理想，实际应用能耗过高的现状，本申请拟借助RP结构氧化物的高β-O迁移性以及强α-O吸附性，有效降低CVOCs的完全降解温度，节约能耗。..此外，为解决RP结构氧化物比表面积过低的问题，本申请采用一种新型的超临界水连续式制备技术，借助其产物均一混合的特性以及抗烧助剂MgO的作用，提高比表面积。同时，选用颇具有代表性的二氯甲烷为活性探针，探索CVOCs在RP结构氧化物上的反应路径，明确β-O的活动性对CVOCs催化燃烧产物选择性的影响，为具有RP结构氧化物在催化领域的应用提供实验和理论依

当前我国大气复合污染严重，挥发性有机物，特别是高毒性的含氯挥发性有机物（CVOCs）的治理需求日趋迫切，已成为我国大气污染联防联控工作的重要组成部分。项目基于催化氧化的技术路线，选取二氯甲烷为活性探针，尝试开发具有高效催化性能的多层钙钛矿Ruddlesden-Popper (简称为RP)催化体系。基于O2-TPD、H2-TPR等表征手段，首先探索了不同活性氧物种在层状结构中的传输及活化性能，明晰了这些氧物种在表面及界面催化反应中的作用机理。随后，通过对钙钛矿结构中A及B位的掺杂改性，筛选出以Ca及Mg分别作为A位及B位掺杂元素的高效钙钛矿复合催化材料，并探究了二者的协同作用在表面与界面催化反应中的作用机理。然而，在二氯甲烷的催化氧化应用中，发现钙钛矿催化材料因表面酸性点位缺失以及易氯化中毒导致结构破坏的问题无法有效保持催化活性，虽然通过表面酸化等方式可提高催化剂对二氯甲烷的吸附，但其氯化中毒问题一直无法得到有效解决，导致项目无法完成既定的研究目标。项目最后选用了体系简单同时具有良好氧化还原及表面酸性的Ce-Ti复合氧化物开展二氯甲烷的催化氧化及中毒机理研究，以用于补充项目整体的研究内容。通过本项目的研究，发表SCI论文4篇，其中一篇影响因子（IF）大于 7。此外，还有一篇IF>5的论文目前已修回，一篇SCI论文在投；申请发明专利1项，培养博士研究生1名，硕士研究生1名，完成了既定的考核目标。