协同耦合酸性与氧化还原位点的Pt/Co-ZSM-5催化剂：增强氯、水及硫氧化物耐受性的多组分VOCs高效氧化新策略

为解决工业废气中多组分挥发性有机物（VOCs）催化氧化过程中催化剂易失活、氯中毒导致的氧化还原与酸性位点协同不足等问题，研究人员通过水热法构建了具有Pt?O?Co和Co?O?Al结构的双功能Pt/Co-ZSM-5催化剂。该催化剂富含Co3+/Ptδ+位点和酸性位点，显著提升了分子氧与VOCs的活化能力，实现了中间产物深度氧化为CO2和HCl，同时抑制氯代副产物（如氯乙烯和氯甲苯）生成。研究显示，该催化剂对甲苯和1,2-二氯乙烷（DCE）的氧化活性（T90%分别为285oC和313oC）及抗氯/水/二氧化硫中毒性能均优于传统浸渍法制备的Pt/Co3O4/ZSM-5。该工作为复杂工业VOCs的高效净化提供了新型多功能分子筛催化剂设计思路。

　　

研究背景与意义
工业废气中的挥发性有机化合物（VOCs），尤其是氯代烃（如1,2-二氯乙烷，DCE）和芳香烃（如甲苯），对生态环境和人体健康构成严重威胁。传统催化氧化技术虽能高效降解单一组分VOCs，但在处理多组分复杂废气时面临严峻挑战：氯中毒导致催化剂活性位点失活，氧化还原能力与酸性位点协同作用不足，中间产物积累引发二次污染。如何设计兼具高活性、抗中毒性和选择性的催化剂，成为环境催化领域的核心难题。

研究设计与方法
北京工业大学的研究团队通过水热法原位封装钴（Co）物种于MFI型分子筛（ZSM-5）骨架中，构建了Pt/Co-ZSM-5双功能催化剂。采用高分辨透射电镜（HR-TEM）、X射线光电子能谱（XPS）等技术表征催化剂结构，结合原位红外光谱（in situ DRIFTS）和程序升温氧化（TPO）分析反应机理，评估了催化剂对甲苯/DCE混合物的氧化性能及抗氯/水/二氧化硫中毒稳定性。

研究结果

1. 结构特性
   HR-TEM证实Co物种成功嵌入ZSM-5骨架形成Co?O?Al结构，XPS显示Pt与Co通过Pt?O?Co键强耦合，产生富电子态Pt^δ+和高价态Co³⁺，显著提升氧活化能力。

2. 催化性能
   Pt/Co-ZSM-5对甲苯和DCE的完全转化温度（T_90%）分别低至285^oC和313^oC，且氯代副产物生成量较传统浸渍法催化剂减少70%。

3. 抗中毒机制
   Br?nsted酸位点（B酸）促进C?Cl键断裂，Co?O(H)?Al结构加速氯脱附，协同抑制氯沉积。水热老化实验显示，催化剂在10%水蒸气或100 ppm SO₂条件下仍保持90%以上活性。

结论与意义
该研究通过分子筛骨架限域效应实现了金属-酸性位点的原子级耦合，揭示了Pt?O?Co/Co?O?Al双活性中心协同促进VOCs深度氧化的机制，为工业复杂废气治理提供了“抗中毒-高选择性”催化剂设计范式。论文发表于《Applied Catalysis B: Environment and Energy》，被审稿人评价为“分子筛环境催化领域的标志性进展”。