钒氧硫酸盐（VOSO?·3H?O）在氢气生成及有机污染物催化加氢中的应用研究

推荐 为解决氢气存储安全性及有机污染物处理难题，研究人员以钒氧硫酸盐（VOSO?·3H?O）为催化剂，探究其在硼氢化钠（NaBH?）和氨硼烷（NH?BH?）水解制氢中的催化性能。结果表明，该材料在温和条件下实现高效产氢（HGR达2000 mL/min·g），并显著提升硝基芳香化合物及有机染料的还原效率（>90%）。此研究为绿色能源开发及环境修复提供了创新解决方案。

　　

论文解读
氢气作为零碳排放的清洁能源载体，其高效存储与安全释放技术是实现可持续能源体系的关键。传统高压储氢存在爆炸风险，而化学储氢材料如硼氢化钠（NaBH?）和氨硼烷（NH?BH?）因高含氢量备受关注。然而，这类材料的可控水解需依赖高效催化剂。此外，工业及生活污水中的有机污染物（如硝基芳香化合物和染料）需通过催化加氢实现无毒化处理。在此背景下，沙特国王大学的研究团队聚焦钒氧硫酸盐（VOSO?·3H?O）的多功能催化特性，揭示其在能源与环境领域的双重应用潜力。

该研究通过X射线衍射（XRD）、紫外-可见光谱等技术解析VOSO?·3H?O的晶体结构，发现其由[VO(H?O)?]2?八面体单元与SO?2?四面体通过氢键连接形成单斜晶系结构。光学测试表明其带隙为3.1–3.3 eV，呈现半导体特性。在催化性能测试中，VOSO?·3H?O显著加速NaBH?和NH?BH?的水解反应，产氢速率分别达到2000 mL/min·g（NaBH?负载量2 wt%时），且反应条件温和。针对有机污染物，该催化剂在60分钟内对硝基苯酚（2-NP）、4-硝基苯酚（4-NP）及4-硝基苯胺（4-NA）的还原效率超90%，并对刚果红（CR）和亚甲基蓝（MB）等染料表现出高效脱色能力。循环实验证实其五次使用后活性无显著下降。

研究结论强调VOSO?·3H?O作为多功能催化剂的独特优势：其一，其高比表面积与活性位点促进氢气快速释放；其二，晶体结构中的氧空位及钒氧化态（VO2?）增强电子转移效率；其三，材料稳定性与低成本特性使其适用于工业化场景。该成果不仅推动绿色制氢技术发展，还为水体污染治理提供新思路，相关研究发表于《Inorganic and Nuclear Chemistry Letters》。

关键技术方法
本研究采用X射线衍射（XRD）解析晶体结构，结合紫外-可见光谱分析光学特性，并通过氢气生成速率（HGR）测试及污染物降解实验评估催化性能。

研究结果与讨论
晶体结构表征：XRD数据证实VOSO?·3H?O为单斜晶系，空间群P 1 21/n 1（No. 14），单元参数a=7.387(2) ?，b=7.401(2) ?，c=12.046(2) ?，晶格中[VO(H?O)?]2?与SO?2?通过氢键连接形成稳定结构。
光学特性：带隙值3.1–3.3 eV对应蓝色晶体颜色，表明其半导体特性利于光催化辅助反应。
催化产氢性能：在NaBH?水解体系中，VOSO?·3H?O显著降低反应活化能，HGR达2000 mL/min·g（2 wt% NaBH?），优于多数文献报道的钒基催化剂。NH?BH?体系亦表现出类似高效性。
有机污染物还原：针对2-NP、4-NP等硝基化合物，催化剂通过电子转移机制实现选择性加氢，生成对应氨基衍生物；对CR和MB染料的脱色效率超90%，归因于活性氧物种（ROS）的生成。
循环稳定性：五次连续使用后活性无衰减，归功于晶体结构的耐酸碱性及钒氧化态的可逆性。

该研究证实VOSO?·3H?O在能源与环境领域的双重价值，其低成本与高稳定性为工业化应用奠定基础。未来研究可探索其在其他催化体系中的适配性及规模化制备方法。