缺陷石墨烯原位构建激活脱铝沸石的光催化性能及其在挥发性有机物完全氧化中的应用

为解决沸石在潮湿环境下挥发性有机物(VOCs)去除效率下降的问题，研究人员创新性地通过脱铝处理结合可见光催化技术，在ZSM-5沸石表面原位形成缺陷石墨烯。该材料能有效催化乙醛完全氧化为CO2，为开发自再生型VOCs净化材料提供了新思路。

　　

这项突破性研究揭示了脱铝沸石在可见光驱动下的自活化机制。当经过适当热处理的商用ZSM-5沸石暴露于乙醛/潮湿空气混合体系时，其表面会自发形成富含缺陷的石墨烯结构。这种原位生成的缺陷石墨烯展现出卓越的光催化性能，能将吸附的乙醛彻底矿化为CO₂。

研究团队发现，该活化过程需要满足两个关键条件：脱铝沸石表面必须达到乙醛和水分子的临界覆盖度，同时需要可见光照射。这种独特的表面化学反应路径，不仅克服了传统沸石在潮湿环境下因水分子竞争吸附导致的VOCs去除效率下降问题，更实现了材料的自维持催化功能。

值得注意的是，缺陷石墨烯的形成始于乙醛的部分氧化过程。这种碳质材料作为高效电子传输介质，显著加速了乙醛向CO₂的完全转化。该发现为开发新型环境净化材料提供了重要启示：通过精确调控沸石的脱铝程度和环境条件，可以原位构建具有特定功能的碳基催化界面。

这项研究不仅深化了对沸石基材料VOCs去除机理的认识，更开创性地提出了一种简单高效的沸石功能化策略。相比传统的光催化剂负载方法，这种原位活化技术避免了复杂的制备工序，为工业级VOCs净化装置的开发奠定了科学基础。