天津大学丁辉课题组揭示常温催化氧化VOCs机制

此外，作者通过XPS能谱（图3）发现随着煅烧温度升高，Pt原子的4f电子结合能不断增加，表明高温下Pt的正化合价比例比低温煅烧比例高。通过计算发现，Pt0/Pt2+的摩尔比大约为1时，催化剂具有最高的催化活性。

图3 X-射线电子能谱分析

为了进一步阐明常温催化的自由基机理，作者通过Fe2O3(012)上负载Pt构建催化剂表面模型进行DFT计算，经过计算发现，臭氧在催化剂表面吸附后会分解为一个表面氧原子与氧气分子，表面氧原子和水分子反应形成表面羟基，并进一步与臭氧反应形成臭氧酸自由基。

臭氧酸自由基是一种非常不稳定的自由基，一般情况下非常容易分解为羟基自由基和氧气，由此说明了在催化剂的作用下，氧化剂能够被活化产生强氧化性羟基自由基以促进常温催化反应的进行。

图4 HO3自由基的产生与分解

此外，对甲醇吸附模型进行差分电荷密度与分波态密度计算可以看出，电子主要富集在甲醇与Pt之间，说明催化剂与甲醇分子之间存在着较强的电子相互作用，相互作用主要源于Pt-5d轨道与O-2p轨道，对甲醇催化氧化过程是有利的。

图5 (a)表面羟基产生过程能量变化；(b)甲醇吸附体系的分波态密度；(c)甲醇吸附体系的差分电荷密度

这项工作为常温催化降解VOCs的重要探索，对VOCs的治理具有重要意义，成为VOCs治理的重要发展方向之一。

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