亲水性双空间受限 CoO 介观晶体实现高效抗湿稳定臭氧分解

《Nature Communications》：Humidity-resistant catalytic ozone decomposition through water transport control in dual-confined nanospaces

　　

摘要

催化臭氧分解已被证明是减轻O₃污染最有效且最具成本效益的方法，但该领域的进一步发展受到现有催化剂抗湿性不足和长期稳定性差的限制。本研究通过在催化剂纳米空间的受限环境中利用水传输调控和电负性调节来应对这些挑战。我们设计了一种亲水性的双空间受限CoO介观晶体（mesoCoO-P5），其具有层次有序的0D纳米腔和2D中间层。亲水受限表面上的密集氢键限制了水的移动性，从而防止了因水积聚导致的催化剂中毒。同时，催化剂上的电负性羟基有助于将过氧化物中间体转化为O₂。在相对湿度70%的条件下，mesoCoO-P5催化剂能够稳定地分解臭氧长达24小时以上。在-5°C的温度下仍保持较高活性，并具有高达4000 L·g^?1 h^?1的超高空速；此外，在3立方米室内环境中以及存在灰尘的情况下，该催化剂也展现了加速的臭氧分解性能。这项工作为通过限制工程提升环境催化剂的抗中毒性能提供了一种新的途径。