PM2.5与多环芳烃（PAHs）通过胎盘-血液-大脑屏障影响神经发育共病的机制：一项网络毒理学分析

《Ecotoxicology and Environmental Safety》：Mechanisms by which PM2.5-PAHs drive neurodevelopmental co-morbidities across the placental-blood-brain barrier: A network toxicology analysis

催化燃烧技术中，通过溶胶-凝胶法制备了CuZrO等六种Cu-M-O复合氧化物催化剂，系统研究了其物理化学性质与催化性能。实验表明，CuZrO催化剂因独特的纳米复合结构（CuO与ZrO?协同作用）表现出最优的催化性能，对混合VOCs（toluene和chlorobenzene各500ppmv）的T99%降解温度分别为266℃和333℃，长期稳定性测试中活性保持率超90%，CO?选择性达99.9%。

　　挥发性有机化合物（VOCs）是空气污染控制中的关键目标。催化燃烧技术是目前处理VOCs的重要手段之一，其核心在于开发具有高催化降解活性、选择性和稳定性的催化剂体系。本研究通过一种基于水杨酸的溶胶-凝胶法合成了一系列二元复合氧化物CuMO（其中M为Zr、Nb、Ti、W、Si或Ba），并对其结构和物理化学性质进行了系统分析，同时研究了其对混合污染物（500 ppmv甲苯和500 ppmv氯苯）的降解性能。实验结果表明，所有CuMO催化剂均具有介孔结构。特别值得注意的是，CuZrO催化剂中单斜相CuO和四方相ZrO?在纳米尺度上混合形成纳米材料。催化剂对甲苯和氯苯的降解性能排序为：CuZrO > CuNbO > CuTiO > CuWO > CuSiO > CuO > CuBaO。其中，CuZrO表现出最佳的催化活性。这一结果归因于CuZrO独特的纳米结构，其强酸性和氧化能力在催化降解过程中起到了关键作用。此外，CuZrO在长期反应中表现出良好的稳定性，其对CO?的选择性高达99.9%。这表明CuZrO在VOCs催化处理及其他热催化领域具有广阔的应用前景。

随着全球工业化进程的推进，空气污染问题日益突出，尤其是挥发性有机化合物的排放，对环境和人类健康造成了严重威胁。甲苯作为一种常见的VOCs，其来源广泛，包括化工行业、建筑装饰材料、污水处理设施等。而氯代VOCs（CVOCs）则是工业排放中的典型成分，这些物质具有毒性，其分解过程复杂，对公共健康和生态环境构成潜在风险。选择将传统甲苯与新型氯苯混合作为反应物，有助于反映降解过程中各种成分的真实状态及其相互之间的抑制或促进作用，从而更准确地评估催化剂的性能。近年来，催化氧化因其显著的效率、低能耗以及无副产物等优点，成为VOCs治理的有效技术之一。

在催化氧化技术中，催化剂是核心组成部分。目前，催化剂通常分为两大类：贵金属负载型催化剂和非贵金属催化剂。尽管贵金属催化剂在低温下表现出优异的催化活性，但其容易失活，且资源有限，导致成本较高。因此，开发价格低廉的非贵金属催化剂成为可能的替代方案。这类研究主要集中在过渡金属（如Mn、Fe、Co、Ni和Cu）氧化物和稀土金属（如La和Ce）氧化物上。其中，铜氧化物因其出色的氧化能力，在VOCs的催化氧化过程中表现出色，尤其在甲苯和一氧化碳的氧化反应中效果显著。然而，单质铜氧化物容易受到氯中毒和高温烧结的影响，导致生成多氯化副产物，逐渐降低催化性能。因此，近年来对铜氧化物及其复合氧化物的改性研究逐渐增多。例如，Xie等人研究了结合介质阻挡放电（DBD）等离子体的CuO/α-Fe?O?催化系统对氯苯的去除效果；Zheng等人则研究了负载于MCM-41分子筛上的纳米CuO-CeO?对氯苯的催化燃烧性能。为了进一步提升催化性能并避免氯中毒，精确调控CuO基材料的物理和化学性质变得尤为重要。通过引入低成本的过渡金属作为共催化剂或添加剂，可以提升催化剂对HCl/CO?的选择性，并增强其对降解过程中生成的稀释盐酸的抗性，这些特性值得系统深入研究。

本研究中，通过优化的溶胶-凝胶法合成了一系列二元复合氧化物CuMO（其中M代表Zr、Nb、Ti、W、Si或Ba），并对其催化活性、选择性和耐受性进行了深入探讨。通过表征材料，揭示了催化剂结构与催化性能之间的关系。研究结果表明，所有CuMO复合氧化物均具有介孔结构，且在掺杂其他元素后，其比表面积和酸性得到了显著提升。除了CuBaO外，其他CuMO催化剂均表现出比纯CuO更高的催化活性。这一现象可能与Ba作为碱土金属，其掺杂降低了CuO的比表面积并削弱了其酸性有关。而其他CuMO复合氧化物由于具有更大的比表面积和更强的酸性，更有利于VOCs的吸附与降解。其中，CuZrO催化剂在催化降解过程中展现出最佳性能，其对甲苯和氯苯的降解温度分别为266 °C和333 °C，且在80小时的稳定性测试中表现出良好的耐受性，其对CO?的选择性高达99.9%。这些结果表明，CuZrO复合氧化物具有优异的催化性能，这可能与其在纳米尺度上形成的独特结构有关，其中CuO和ZrO?的组合在纳米级别上产生了强协同效应。此外，CuZrO的强酸性和氧化能力显著增强了其对VOCs的吸附和降解能力。

为了进一步理解CuZrO的优异性能，研究者对其结构和性能进行了深入分析。首先，通过氮气吸附/脱附实验，研究了催化剂的比表面积和孔径分布。所有催化剂均表现出类型IV吸附/脱附等温线，并具有H3滞后环，这与微孔填充有关。研究发现，CuZrO的比表面积和孔径均优于单组分CuO，其平均孔径范围为1.00至9.92 nm，远大于甲苯和氯苯的分子动力学直径（约0.65 nm），这有助于提高催化效率。其次，通过XRD和拉曼光谱分析，研究了催化剂的晶体结构。结果显示，CuZrO中单斜相CuO和四方相ZrO?在纳米尺度上混合，形成了独特的结构。此外，CuZrO的酸性显著增强，其酸性位点数量远高于单组分CuO和ZrO?，这可能与其表面酸性位点的增强有关。在CuZrO的表面，通过红外实验检测到了Lewis酸位点和Br?nsted酸位点，这些酸性位点通过与氯原子的配位作用或质子转移过程，有效降低了C-Cl键的键能，从而降低了其断裂所需的活化能。此外，H?-TPR实验进一步验证了CuZrO的还原能力，其初始还原峰温度较低，表明其具有较强的还原能力，这有助于催化反应的进行。XPS分析进一步揭示了CuZrO表面的化学状态和元素分布，其Cu2?含量和氧空位数量均高于单组分CuO，这可能与其优异的催化性能密切相关。

在实际应用中，催化剂的性能不仅取决于其结构和酸性，还受到其稳定性的影响。本研究中，CuZrO在长期反应中表现出良好的稳定性，即使在水存在的情况下，其对CO?的选择性仍保持较高水平，表明其具有较强的抗水能力。相比之下，HCl的选择性在水存在时有所提高，这可能与水分子对HCl的促进作用有关。在稳定性测试中，CuZrO的催化活性在连续操作过程中表现出良好的耐久性，能够维持较高的催化效率。这些结果不仅增强了对CuMO体系结构-性能关系的理解，还为开发高效、高选择性的催化剂提供了可行的策略。未来的研究应进一步探索多金属掺杂的协同效应，开发新的合成方法，并提升基于铜氧化物的催化剂性能的精细调控能力。