逆结构CeOx-Pd/CNT催化剂在环境条件下高效催化四溴双酚S水相加氢脱溴的研究

针对新型溴系阻燃剂四溴双酚S（TBBPS）的水相污染问题，南京晓庄学院等团队创新设计了一种碳纳米管（CNT）负载的逆结构CeOx-Pd催化剂。该催化剂通过CeOx-Pd界面电子效应优化C-Br键活化与H2解离平衡，在常温下实现TBBPS高效转化为双酚S，其活性价格比是传统Pd/CNT的4倍以上，为卤代有机污染物的绿色治理提供新策略。

　　

溴系阻燃剂四溴双酚S（TBBPS）作为替代TBBPA的新型阻燃剂，因其优异的阻燃性能被广泛应用于塑料和电子产品中。然而，这种疏水性化合物已在水体、土壤甚至人体血清中被频繁检出，最高浓度达10.8 ng/mL。研究表明，TBBPS不仅具有肝毒性，还能干扰神经干细胞基因表达，其环境风险日益凸显。传统水处理技术难以有效断裂高键能的碳-溴键（C-Br），而钯（Pd）催化剂虽能活化H₂和C-X键，但高昂的成本和低原子利用率制约其工业化应用。

针对这一难题，南京晓庄学院联合团队在《Applied Surface Science》发表研究，创新性地构建了碳纳米管（CNT）负载的逆结构CeO_x-Pd催化剂。通过共沉淀法合成不同Ce含量的CeO_x-Pd/CNT，并采用ICP、XRD、XPS等技术表征其理化性质。实验发现，CeO_x与Pd的强相互作用诱导产生电子缺陷Pd物种，其浓度可通过Ce含量调节。这些电子缺陷Pd优先活化TBBPS的C-Br键，而金属态Pd则促进H₂解离，二者协同遵循Langmuir-Hinshelwood反应模型。CNT载体因其对TBBPS的强吸附能力，性能显著优于Al₂O₃或SiO₂负载体系。

关键方法
研究采用酸处理CNT作为载体，通过共沉淀法制备系列CeO_x-Pd/CNT催化剂，对比传统Pd/CNT和Pd/CeO₂。利用ICP测定金属负载量，XPS分析Pd电子状态，H₂-TPR评估还原性能，并通过动力学实验验证反应机制。

研究结果

1. 催化剂表征：XPS显示CeO_x-Pd界面诱导Pd 3d结合能正移0.8 eV，证实电子从Pd向CeO_x转移。HRTEM观察到Pd颗粒表面覆盖CeO_x纳米岛，形成密集界面。
2. 活性评估：最优催化剂1.6CeO_x-Pd/CNT在25°C下60分钟内完全脱溴，TOF值达0.62 min^-1，是Pd/CNT的3.7倍。
3. 经济性分析：单位价格催化活性较Pd/CNT提升4倍，归因于CeO_x对Pd用量的优化。

结论与意义
该研究首次将逆结构催化剂理念应用于TBBPS治理，揭示了CeO_x-Pd界面电子效应对C-Br键活化的决定性作用。CNT载体与逆结构的协同设计不仅提升催化效率，更大幅降低成本，为工业化水处理提供新思路。成果对开发高效脱卤催化剂具有普适性指导价值，尤其适用于其他持久性卤代污染物的绿色降解。