钴改性棒状α-MnO2 催化剂：提升氯苯催化氧化活性、CO2 产率与稳定性的创新策略

研究人员针对过渡金属催化剂在氯代挥发性有机物（CVOCs）降解中易失活、副产物多的问题，通过钴改性棒状α-MnO2 提升其酸性位点与氧化还原性能，显著增强了氯苯（CB）催化氧化的活性与CO2 选择性，并验证了其在复杂烟气条件下的适用性，为低成本高效Mn基催化剂设计提供了新思路。

　　

研究背景与意义

氯代挥发性有机物（CVOCs）因其高毒性和难降解性成为环境治理的难题，其中氯苯（CB）作为典型代表，其催化氧化技术备受关注。尽管锰氧化物（MnO_x
）因多价态转换和晶格氧迁移能力被视为理想催化剂，但其易受氯毒化、副产物多的问题制约了应用。湖南大学的研究团队发现，棒状α-MnO₂
在多种形貌中活性最优，但CO₂
产率不足，遂通过钴（Co）改性策略突破性能瓶颈，相关成果发表于《Molecular Catalysis》。

关键技术方法

研究采用水热法与共沉淀法制备不同形貌α-MnO₂
，筛选棒状结构为基质；通过尿素辅助水热法负载不同比例Co，结合X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）和原位漫反射红外光谱（DRIFTS）等技术表征材料理化性质，并测试其在模拟烟气（含SO₂
、NO等）中的催化稳定性。

研究结果

1. 形貌效应与Co改性优化
对比微球、管状等形貌，棒状α-MnO₂
因高比表面积和暴露晶面展现最佳CB氧化活性。Co引入后（1Co@α-MnO₂
），高温区CB转化率提升至90%以上，CO₂
产率提高20%，归因于Co增强表面酸性（中强酸位点）和活性氧迁移能力。

2. 抗干扰性能验证
1Co@α-MnO₂
在SO₂
、NO等干扰下仍保持80%以上活性，优于未改性样品。表征显示Co抑制了氯物种吸附和积碳，延缓了催化剂失活。

3. 反应机制解析
原位DRIFTS揭示CB降解路径：先脱氯生成苯酚中间体，再经醌式结构开环氧化为CO₂
。Co的引入加速了氯的脱除与深度氧化。

结论与意义

该研究证实Co改性棒状α-MnO₂
通过协同增强酸性-氧化还原性能，实现了CVOCs高效低耗降解，且具备工业化应用的抗毒化能力。为设计非贵金属催化剂提供了理论依据与技术路径，对大气污染治理具有重要实践价值。