金属氧化物二维纳米片的可控制备及其在室内空气催化净化中的应用

It is necessary to eliminate indoor air pollutes effectively as they are harmful to human bodies. Typical pollutes such as formaldehyde and o-xylene are generally removed via catalytic oxidation, where noble metals supported on oxides are usually used as catalysts. Unfortunately, noble metals are scarce and precious, thus making inexpensive catalysts based on only transition metal oxides good substitutions. Still, the catalytic performances of these oxides need to be enhanced. we propose that 2D oxide nanosheets may be a choice. 2D nanosheets with controllable number of atomic layers and surface oxygen vacancies can be prepared via a hydrothermal process. They are expected to be quite active in catalytic oxidation of formaldehyde and o-xylene benefit from the large number of active sites and oxygen vacancies on catalysts' surface. Moreover, it is convenient to explore the mechanism of catalytic oxidation reactions as these 2D nanosheets are structurally regular and well-defined. We believe that our work will pave the way for the development of economic and effective catalysts in indoor air purification.structurally regular and well-defined. We believe that our work will pave the way for the development of economic and active catalysts in indoor air purification.

室内空气污染对人体健康危害极大，需要采取有效途径将其完全消除或者至少降低到对人体无害的浓度。对于甲醛和苯系物等典型污染物一般采用催化氧化的方式进行净化，常用的催化剂是氧化物负载的贵金属体系，然而贵金属的稀缺性限制了这类催化剂的广泛应用。廉价的金属氧化物催化剂的开发有着重要的现实意义，不过其催化性能还有待提高。我们尝试利用氧化物的一种新的结构形式——二维纳米片，通过对制备条件的优化获得原子层层数和表面氧空位浓度都可控的二维氧化物纳米片催化剂。由于催化活性中心大部分分布在催化剂表面且具有大量高活性的氧空位物种，我们预期这类催化剂在甲醛和苯系物等典型室内空气污染物催化氧化过程中将表现出优异的性能。此外由于二维氧化物纳米片形貌相对规整且结构相对明确，为反应机理的探究提供了便利，相信对这一体系的研究将为高效经济的室内空气净化催化剂的开发提供理论指导和技术支持。

室内空气污染对人体健康危害极大，需要采取有效途径将其完全消除或者至少降低到对人体无害的浓度。对于甲醛和苯系物等典型污染物一般采用催化氧化的方式进行净化，常用的催化剂是氧化物负载的贵金属体系，然而贵金属的稀缺性限制了这类催化剂的广泛应用。廉价的金属氧化物催化剂的开发有着重要的现实意义，不过其催化性能还有待提高。我们尝试利用金属氧化物的一种新的结构形式——二维纳米片来实现较好的催化性能。具体地，我们使用水热法制备了氧化钴二维纳米片，并将其用于催化邻二甲苯这一典型室内空气污染物的完全氧化反应。我们发现氧化钴二维纳米片的催化性能显著高于氧化钴体相材料，原因在于二维纳米片有着更大的比表面积，催化剂表面暴露了更多的活性位点，可以更为有效地催化氧化反应的进行。另外通过对催化剂前驱体后处理条件的调变，我们获得了具有不同表面氧空位浓度的二维氧化物纳米片，氧空位浓度高的催化剂催化活性更高，这样就把氧化物催化剂对于氧化反应的催化性能与催化剂表面氧空位浓度直接关联了起来。此外由于二维氧化物纳米片形貌相对规整且结构相对明确，为反应机理的探究提供了便利，我们利用这些催化剂进行了一些机理研究。我们相信本研究项目将为高效经济的室内空气净化催化剂的开发提供理论指导和技术支持。