Ag修饰CeO2-Al2O3耦合VUV光反应器协同催化臭氧氧化VOCs的性能增强机制

本研究针对室内VOCs污染治理中催化臭氧氧化系统存在的催化剂失活、湿度抑制及臭氧残留等问题，创新性地将VUV光反应器与Ag/CeO2-Al2O3固定床耦合，实现丙酮和O3的100%转化，并突破湿度限制，为低能耗空气净化提供新策略。

　　

随着现代人90%时间在室内活动，室内空气污染物浓度可达室外2-5倍，其中挥发性有机物(VOCs)是引发癌症等疾病的重要风险因子。传统催化臭氧氧化技术虽能降解VOCs，但面临催化剂易失活、湿度抑制效率、臭氧残留及CO副产物等瓶颈。加拿大萨斯喀彻温大学团队在《Applied Catalysis A: General》发表研究，通过耦合真空紫外光(VUV)反应器与Ag/CeO₂-Al₂O₃固定床，开创性地实现室温下丙酮和臭氧双100%转化，并揭示其协同机制。

研究采用X射线衍射(XRD)分析催化剂晶体结构，通过原位漫反射红外傅里叶变换光谱(DRIFT)追踪表面羧酸盐中间体，结合电子顺磁共振(EPR)检测^·OH/^·O₂^?自由基，系统评估了VUV-催化臭氧氧化体系的性能。

催化剂表征
XRD证实1:1的CeO₂-Al₂O₃二元载体形成均匀分散结构，Ag纳米颗粒粒径优化至5nm。DRIFT显示VUV光照下表面羧酸盐积累量减少62%，表明反应中间体快速转化。

催化活性
对比单一固定床系统，VUV耦合使丙酮转化率从82%提升至100%，臭氧分解率从86%升至100%。湿度实验表明，虽然RH会毒化催化剂界面，但VUV光解气相水分产生的^·OH补偿了催化活性损失。

反应机理
EPR证实VUV激发下^·OH/^·O₂^?共同参与氧化，DRIFT揭示CeO₂促进光催化路径而Al₂O₃强化臭氧分解路径。二元载体协同作用使CO₂选择性达99%，CO副产物低于2ppm。

该研究突破性在于：首次阐明VUV-催化臭氧氧化的多路径协同机制，通过载体设计实现臭氧原位利用与完全分解的平衡，其2%的催化剂活性衰减率显著优于传统系统。这一成果为开发低能耗、抗湿性空气净化设备提供理论依据，尤其适用于博物馆等对臭氧敏感的密闭空间。