【摘要】 在大气中臭氧污染日益加剧的背景下,开发高效、经济的臭氧去除技术对于人口密集地区的环境保护与公众健康具有重要意义.其中,催化臭氧分解技术被视为一项具有应用前景的减排途径.在众多负载银的金属氧化物催化剂中,氧化锰基材料作为载体表现出优异的催化活性,但在潮湿环境下,该催化材料的银物种易发生烧结以及水分子竞争吸附而导致性能显著下降.因此,发展兼具高疏水性与抗烧结性能的新型臭氧分解催化材料,对改善环境和保护公众健康至关重要.本文设计并构建了兼具高疏水性与抗烧结性能的催化材料,以便提升在高湿条件下的臭氧分解效率,其主要方法是采用具有相对较高疏水性的纯硅β沸石作为载体负载的银-锰催化剂（Ag-Mn/β-Si）.在臭氧催化分解反应中,该催化剂展现出优异且稳定的催化性能:在长达12 h的测试中,臭氧转化率维持在99%;即使反应延长至120 h,其转化率仍能保持在80%以上.催化剂性能提升归因于Ag-Mn/β-Si催化材料不仅具有很好的疏水性,在潮湿环境下能有效抑制水分子在活性位点上的竞争吸附,而且还具有优异的抗烧结性能,其原因是在纯硅β沸石上原位生成了AgMnO₂物相,该物相有效阻止了银颗粒的形成.进一步,通过同步辐射的小波变换与高分辨透射电子显微镜技术以及理论计算与实验分析证实了AgMnO₂的形成,并发现AgMnO₂的形成是催化性能增强的关键:首先, AgMnO₂作为新的高效活性位点,能有效抑制银纳米颗粒的烧结;其次,理论计算表明, AgMnO₂对臭氧及其反应中间体的吸附能力显著强于单质银（Ag⁰）,从而提升了反应效率.值得提及的是,在高湿（相对湿度85%）和高空速(1280000 h^-1)的条件下, Ag-Mn/β-Si催化材料在反应4 h后,通N₂在250°C吹扫1 h,仍然很好保持了原来新鲜催化材料的活性,表明它的优异循环性能.这些特点对于该催化材料的潜在应用具有重要意义.近年来,臭氧分解的潜在应用场景越来越多,除了日常生活中的臭氧消除,在飞机或对流层中的臭氧消除也越来越重要.综上,本工作通过在疏水性的纯硅β沸石负载Ag-Mn物种上原位形成的AgMnO₂相,创制出一种具有卓越性能的臭氧分解催化剂,可以在高湿度和高空速下显示出高活性和优异的循环性,这对于环境保护与公众健康具有重要意义.更多还原

【Abstract】 Catalytic decomposition of ozone is considered as one of the most effective, economically viable, and promising strategies for ozone abatement. In a number of oxide-supported Ag catalysts, manganese oxide-based catalysts have been identified with superior activities, but there are still challenges for Ag sintering and competitive adsorption of water under humid conditions, which strongly hinder their catalytic performances. Herein, we prepared a pure silica Beta zeolite supported Ag-Mn catalysts（Ag-Mn/Beta-Si）, exhibiting excellent catalytic properties in the decomposition of ozone, which is reasonably attributed to the in-situ formed AgMnO₂ on the pure silica Beta zeolite, where the formed AgMnO₂ as a new active site prevents the sintering of Ag NPs and the hydrophobicity of the pure silica Beta zeolite is favorable for hindering water adsorption on the active sites under humid conditions. These hypotheses have been evidenced by theoretical simulations of the mean square displacement and diffusion coefficient of water molecules and experimental results of sample transmission electron microscopy images.更多还原