综述：调控催化剂表面性质促进多组分VOCs氧化

这篇综述系统总结了30年来多组分挥发性有机物(VOCs)催化氧化的研究进展，重点探讨了催化剂表面特性（活性中心电子性质、表面酸性和活性氧物种）对多组分VOCs反应行为的影响，提出了构建多重活性位点、功能位点隔离和分级孔结构等策略，为开发高效工业VOCs处理催化剂提供了重要参考。

　　

多组分VOCs催化氧化的挑战与突破

Abstract

挥发性有机化合物(VOCs)作为具有高度毒性的环境污染物，其多组分混合排放特性使得传统单组分催化体系面临巨大挑战。催化氧化技术因其适中的操作温度和高效矿化能力，成为工业VOCs治理的首选方案。

Introduction

工业排放的VOCs通常包含含氧有机物(OVOCs)、烷烃、芳烃和卤代烃(HVOCs)的复杂混合物，这些组分在催化剂表面会产生竞争吸附和反应路径干扰。更棘手的是，含硫(SVOCs)和含氯化合物(CVOCs)会导致催化剂不可逆中毒。研究表明，甲苯氧化与Pt⁰物种数量直接相关，而丙酮氧化则更依赖晶格氧迁移能力，这种差异性使得多组分协同氧化面临严峻挑战。

Mechanism of catalytic oxidation of multi-component VOCs

多组分VOCs氧化遵循三种经典机理：Mars-Van Krevelen (MvK)模型涉及晶格氧参与氧化；Langmuir-Hinshelwood (L-H)模型强调吸附态VOCs与表面氧的反应；Eley-Rideal (E-R)模型则描述气相VOCs与吸附氧的直接作用。在实际混合体系中，不同VOCs组分可能同时遵循不同机理，产生复杂的反应网络。

Effect of catalyst surface properties

催化剂表面特性通过四种机制调控反应：

1. 活性中心电子结构决定VOCs吸附选择性和氧活化能垒

2. 表面酸性影响分子极化和C-H键断裂

3. 活性氧物种(O₂^-, O^-)浓度决定氧化效率

4. 孔道结构调控传质过程

Strategies to promote efficient oxidation

三大创新策略展现出应用潜力：

1. 多重活性位点设计：如Pt-CeO₂/TiO₂中Pt⁰优先氧化芳烃，Ce³⁺位点活化烷烃

2. 功能位点空间隔离：通过核壳结构分离酸性位与氧化位，减少副产物生成

3. 分级孔道优化：大孔促进扩散，介孔提供反应场所，微孔增强吸附

Summary and outlook

未来研究应聚焦于：通过原位表征技术解析"活性位点-反应路径"关联；发展表面性质精准调控方法；结合机器学习预测最优催化剂组成。这些突破将推动VOCs治理技术从实验室走向工业化应用。