综述:核壳和蛋黄壳结构催化剂上挥发性有机化合物(VOCs)催化氧化的研究进展

【字体: 时间:2025年05月12日 来源:Fuel 6.7

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  本文聚焦核壳和蛋黄壳结构催化剂用于 VOCs 催化氧化。阐述其独特结构优势,如促进强金属 - 载体相互作用(SMSI)等,探讨合成策略、结构与性能关系,分析 H2O 和 SO2影响,展望发展前景,为相关研究提供重要参考。

  

引言


挥发性有机化合物(VOCs)包含芳烃、烷烃、烯烃等多种化学物质,是大气污染物的重要类别。在环境中,VOCs 参与氧化过程并与其他污染物反应,促使雾霾形成,因此控制 VOCs 成为环境催化领域的热门话题。催化氧化能在相对低温(< 500℃)高效降解高浓度 VOCs,且产生较少有害副产物。开发高活性和选择性的催化剂对提升 VOC 氧化效率至关重要。

核壳结构因具备功能设计潜力而备受关注。壳层包裹核可提高表面活性位点热稳定性,减少核内精细分散活性组分因烧结导致的失活。通过设计核壳材料整体形态,能制备出多种几何形状的催化剂,还可精确调控壳层数量、结构以及核的材料、组成等参数,优化界面效应,提升催化剂的活性、选择性和耐久性。近年来,核壳和蛋黄壳结构材料凭借独特结构和电子性质,成为 VOCs 催化氧化的潜在候选材料,但此前缺乏对其全面的综述。本文旨在回顾核壳和蛋黄壳结构催化剂用于 VOCs 催化氧化的研究进展,介绍相关效应、结构设计与合成策略,探讨 H2O 和 SO2的影响以及未来挑战与前景,为开发高效抗毒催化剂提供参考。

核壳结构的特点及其合成


核壳结构的制备方法主要分为自上而下和自下而上两种策略。自下而上法采用模板辅助牺牲工艺,在模板剂内生长具有特定结构的催化剂,随后通过化学蚀刻或热处理去除模板,具体包括硬模板法、软模板法和自模板法等。自上而下策略(原文未详细阐述该策略内容)。

蛋黄壳结构催化剂


蛋黄壳结构因其在封闭空心腔内含有 “可移动核” 且核壳分离的结构特征而受到越来越多关注。与核壳结构相比,蛋黄壳结构的空心腔为催化剂提供了更大的比表面积,增加了表面活性位点与反应物的接触机会,进而增强了反应物的吸附和活化。通过选择合适的核材料(原文未进一步说明选择核材料的具体情况)。

H2O 和 SO2的影响


在实际排放中,H2O 和 SO2通常与 VOCs 共存,催化剂对这些成分的抵抗能力是评估其在 VOCs 氧化中应用潜力的关键因素(原文未详细说明 H2O 和 SO2对催化剂的具体影响机制)。

结论与展望


本综述聚焦核壳和蛋黄壳催化剂在 VOCs 催化氧化中的应用,强调了合成策略以及催化性能与结构之间的关系。核壳结构通过整合功能化材料实现协同效应来增强催化活性,其界面性质有利于 VOC 吸附。蛋黄壳结构结合了核壳和空心纳米结构的优势(原文未详细阐述蛋黄壳结构结合两者优势的具体表现)。未来,核壳和蛋黄壳催化剂在满足日益严格的排放法规方面仍面临挑战,但也有着广阔的发展前景,有望进一步推动其在实际中的应用 。

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