基于化石燃料的工业活动的快速扩张加剧了空气污染，对室内和工业环境中的公众健康构成直接风险。[1], [2], [3], [4], [5] 在空气污染物中，挥发性有机化合物（VOCs）和生物气溶胶尤为令人关注，因为它们代表了具有不同物理化学和生物起源的直接可吸入危害剂。[6], [7], [8] VOCs 与毒性、大气反应性和持续暴露风险有关，而生物气溶胶可以通过气流传输存活的微生物和生物衍生成分。与需要长期全球缓解的持久性污染物不同，VOCs 和生物气溶胶通常需要在排放或暴露点立即进行局部干预。[9], [10], [11], [12], [13], [14] 重要的是，这些污染物经常在复杂的现实场景中共存。溶剂蒸发和微生物活动可以在实验室、化工厂和油漆制造设施中同时释放 VOCs 和生物气溶胶，[15], [16] 而微生物分解和机械搅动则在废物和废水处理过程中驱动它们的联合排放。[17], [18], [19] 这种共同暴露场景凸显了对空气净化系统的需求，这些系统能够在集成框架内解决化学和生物空气危害，而不是将它们视为孤立的问题。
传统的空气净化策略通常独立针对 VOCs 或生物气溶胶，依赖于特定的污染物机制，这使得它们集成到单一处理平台中变得复杂。[20], [21], [22], [23], [24], [25] 催化氧化和吸附被广泛用于 VOC 减排，而光催化、过滤和生物处理通常应用于生物气溶胶控制。当这两类污染物共存时，联合部署这些方法通常会增加系统复杂性、能耗、维护需求和操作足迹，从而限制了在紧凑型室内和工业环境中的实际应用。集成方法，包括光催化系统[26] 和微生物过程，[27], [28], [29], [30] 已被探索作为潜在的替代品；然而，它们往往存在反应动力学缓慢、依赖外部刺激（如光照射）以及对波动环境条件敏感的问题。混合系统，如结合等离子体氧化和微生物降解的生物滴滤器，[31] 也在处理顽固性芳香族 VOC 和复杂污染物混合物的同时保持操作简便性方面面临持续挑战。总的来说，这些限制突显了对一种统一的空气修复策略的迫切需求，该策略应紧凑、节能，并在多种操作条件下稳健。
带电加热技术已出现作为化石燃料驱动的热系统的可行替代品，用于向催化过程提供能量。[32], [33], [34], [35] 其中，焦耳加热对于空气净化特别具有吸引力，因为它将电能直接转化为电阻材料内的热量，从而实现快速、均匀、局部和可控的热激活。[36], [37] 与外部加热不同，焦耳加热在功能材料本身内部产生热量，从而减少不必要的热损失，并允许直接与低或零碳电力耦合。先前的研究表明，焦耳加热可以通过直接加热催化剂表面来加速催化 VOC 氧化[35], [38], [39], [40], [41], [42], [43] 并通过热诱导破坏细胞膜和蛋白质结构来灭活生物气溶胶。[44] 这些互补的能力表明，带电处理共存化学和生物空气危害是一条有前途的途径。然而，将它们刻意集成到单一带电过滤平台中仍然发展不足。
一个核心挑战在于调和催化 VOC 氧化和生物气溶胶控制的不同结构和操作要求。高效的 VOC 氧化需要高度分散的催化活性位点，在重复热操作下保持稳定，而生物气溶胶缓解需要能够拦截生物颗粒而不施加过大的流动阻力的过滤器架构。基于碳的纤维基底对于此类系统具有吸引力，因为它们可以同时作为导电支架和透气过滤介质。然而，催化氧化所需的高温会引起碳基底上金属纳米粒子（NPs）的严重迁移和烧结，导致活性表面积损失和催化剂失活。因此，理想的带电空气净化平台应在单一架构中结合三种功能：用于局部焦耳加热的导电通路、用于生物气溶胶拦截的表面结构以及用于催化 NPs 的热稳定锚定位点。开发这种多功能架构对于将带电催化从特定污染物处理转变为集成空气危害缓解至关重要。
在此，我们报道了一种模块化焦耳加热 Pt/SiO2-碳过滤器，旨在通过刻意集成材料架构和电热功能来满足这些要求。碳纤维既作为结构支架又作为电阻加热元件，能够在过滤介质内直接产生热量，而无需依赖外部整体加热。沉积在碳纤维上的保形多孔 SiO2 层被引入作为多功能界面，而不是被动涂层。这种多孔支架通过纳米级表面相互作用增强生物气溶胶捕获，提高基于碳的过滤器的热稳健性，并提供通过超快碳化热激（CTS）合成的高度分散 Pt NPs 的物理锚定位点。这种纳米受限架构旨在抑制纳米粒子烧结，同时能够在单一带电过滤平台内催化 VOC 氧化和热生物气溶胶灭活。通过将局部电热激活与纳米结构催化剂稳定相结合，这项工作为紧凑型、耐用且节能的化学和生物空气危害缓解建立了一种集成设计策略。
