草酸诱导合成具有混合晶相的可再生Ce-MnFe2 O4 纳米催化剂用于高效臭氧分解

针对臭氧污染治理中催化剂成本高、耐湿性差的难题，研究人员通过草酸络合法合成富含氧空位的可再生Ce-MnFe2 O4 （Ce-MFO）纳米催化剂。最优3%Ce-MFO在干燥和60%湿度条件下对50 ppm O3 的分解率分别达100%和96%（WHSV=400 L·g-1 ·h-1 ），其混合晶相结构、氧空位增加及路易斯酸位点（Lewis acid sites）协同提升了催化性能，为经济实用的耐湿催化剂设计提供了新思路。

　　

论文解读：

研究背景与意义
臭氧（O₃
）作为仅次于PM_2.5
的第二大空气污染物，不仅威胁心血管健康，还会抑制植物生长。其稳定的共振结构导致低温下分解半衰期长，传统治理技术面临能耗高或二次污染问题。催化分解法虽具优势，但贵金属催化剂成本高昂，而锰基氧化物易受湿度影响失活。锰铁氧体（MnFe₂
O₄
，MFO）虽结合铁锰材料优点，但实际应用中耐湿性不足。如何通过调控晶相和缺陷结构提升催化性能，成为环境催化领域的关键挑战。

研究机构与技术方法
江苏理工学院团队通过草酸络合法合成了一系列金属（Co、Ni、Bi、Ce、Cu）掺杂的MFO催化剂，筛选出铈（Ce）为最优掺杂元素。采用X射线衍射（XRD）、透射电镜（TEM）、X射线光电子能谱（XPS）等技术表征材料结构，结合原位漫反射傅里叶变换红外光谱（DRIFTS）探究反应机制。

研究结果

1. 催化活性：3%Ce-MFO在干燥和60%湿度下对50 ppm O₃
   的分解率分别达100%和96%（WHSV=400 L·g^-1
   ·h^-1
   ），显著优于未掺杂MFO（76%）。
2. 结构特性：Ce掺杂形成混合晶相（非晶与晶态共存），增加氧空位浓度，提升还原性和路易斯酸位点数量。
3. 耐湿机制：Ce的引入削弱水分子在氧空位的竞争吸附，维持活性位点稳定性。

结论与意义
该研究通过晶相与缺陷协同调控，首次提出混合晶相Ce-MFO催化剂的臭氧分解新策略。其经济性、高活性和耐湿性突破传统锰基催化剂局限，为环境污染物治理提供了可规模化应用的解决方案。论文发表于《Environmental Research》，为设计多功能催化剂开辟了新路径。