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本综述聚焦 CeO?催化剂在 VOCs 催化氧化中的应用，介绍其结构设计策略（如形貌调控、金属掺杂等），分析不同类型 VOCs（芳烃、饱和烃、含氧化合物（O-VOCs）、含氯化合物（CVOCs））的反应机理与降解路径，展望研发挑战与工业应用前景。
铈基催化剂在挥发性有机化合物催化氧化中的研究进展
引言
重工业与交通领域的扩张导致挥发性有机化合物（VOCs）大量排放，加剧空气污染。VOCs 具有毒性与致癌性，威胁生态系统与人体健康。催化氧化法因能将有害物质转化为无毒或低毒化合物，成为高效环保的 VOCs 治理技术。稀土元素 Ce 的氧化物 CeO?因具备优异的氧化还原性能、Ce3?/Ce??价态可逆转变及储氧能力，成为 VOCs 催化氧化的研究热点。尽管如此，CeO?的催化活性受限于较高的转化温度，研究者通过形貌工程、金属掺杂、贵金属负载及复合氧化物合成等策略优化其性能。
CeO?催化剂的设计策略
形貌与晶面调控
CeO?释放氧气形成非化学计量 CeO?氧化物时，Ce??转化为 Ce3?并产生氧空位，提升表面氧化还原性能与储氧能力（OSC），这对催化氧化反应至关重要。氧空位特性与 CeO?晶面密切相关。例如，研究者发现特定晶面调控可增加活性位点暴露，优化催化性能。
金属掺杂与复合结构构建
早期研究以单金属掺杂为主，如通过无机金属前驱体自沉淀法（IMSP）构建介孔 ACeO?（A=Co、Cu、Fe、Mn 或 Zr）复合材料，过渡金属掺杂通过调节氧空位浓度增强氧化还原能力。随着对活性位点形成机制的深入理解，研究转向创新合成方法，如 Ce-MOF 热解策略可制备高氧空位浓度、低温还原性优异的 CeO?催化剂。针对高毒性含氯 VOCs（CVOCs）的复杂处理需求，双金属协同设计成为趋势，如向 Mn?Ce???O?引入 K?离子，构建 “酸性位点 - 氧化中心” 双功能催化界面，显著提升氯苯降解效率。此外，研究还揭示了金属 - 载体相互作用（SMSI）强度与活性位点暴露的定量关系，突破了强 SMSI 必然提升催化性能的传统认知。
不同类型 VOCs 的降解机理与催化剂需求
芳烃类化合物
芳烃在 CeO?表面的降解涉及特定吸附机制，如 CeO?(110) 晶面对芳烃的特异性吸附，为形貌调控提供了理论依据。催化过程中，氧空位与表面活性氧物种协同作用，促进芳烃的氧化断裂。
饱和烃类化合物
饱和烃的降解需要催化剂具备较强的活化能力，通过调节 CeO?的氧化还原性能与酸性位点分布，可提升对饱和烃 C-H 键的活化效率，实现其低温氧化。
含氧化合物（O-VOCs）
O-VOCs（如醛、酮、醇等）的降解依赖催化剂表面的酸碱位点与氧化中心协同作用。研究表明，引入特定金属（如 Mn、Fe）可优化表面酸性，增强对 O-VOCs 的吸附与氧化能力。
含氯化合物（CVOCs）
CVOCs 降解面临氯中毒与副产物控制的挑战。双金属协同设计（如 Ru-Nb 共掺杂 CeO?）可通过平衡键合能，抑制氯物种吸附导致的催化剂失活，同时促进 C-Cl 键断裂与深度氧化，减少有毒副产物生成。
结论与展望
CeO?基催化剂的设计需聚焦结构优化（如晶面调控、形貌工程）与多组分协同（金属掺杂、复合结构），以提升活性位点暴露、氧空位浓度及抗中毒能力。未来研究应进一步阐明 VOCs 分子与催化剂表面的作用机制，开发适用于复杂工业废气的多功能 CeO?基催化剂，并解决催化剂长期稳定性与再生技术难题，推动其工业化应用。
