人为源挥发性有机物（VOCs）的大量排放量对人类和生态环境构成了严重威胁。溶剂使用是快速城市化和工业化过程中VOCs排放的第一贡献源。催化氧化技术具有效率高、能耗低的优点，是去除VOCs最有效的技术之一。然而，实际VOCs废气中成分混杂，包括常见苯系物、酮类、以及含氯有机物等组分。不同类型的VOCs具有不同官能团，一般需要特定高效催化剂才能将其低温燃尽。然而，以往的研究很少关注不同官能团VOCs的活化及其在催化燃烧中的作用。 

　　中国科学院城市环境研究所贺泓研究团队在性能优异的OMS-2催化剂（α-MnO₂）晶体结构中分别引入少量一价Ag、二价Cu、三价Fe和多价态金属离子Ce、Ir、Pd等，获得了掺杂氧化锰催化剂(M-OMS-2)。催化剂宏观、微观结构表征说明：催化剂晶体结构没有改变，客体金属离子（除Ag外）均以替换骨架Mn离子的方式实现了分散与键合（图1）。M-OMS-2催化剂对代表性VOCs（甲苯、丙酮和二氯甲烷）的燃烧活性结果表明：嵌入晶格的Cu离子能促进丙酮燃烧，Ir离子能显著提升二氯甲烷氧化活性（图2）。进一步表面程序升温反应及产物捕捉实验证实：Cu离子能促进丙酮结构中C-C键解离，Ir离子能促进二氯甲烷中C-Cl键断裂。上述两种催化剂在氧化还原性能（氧气活化）不是很突出的条件下，展现出优异的丙酮和二氯甲烷净化能力。说明不同官能团VOCs的活化在其低温催化燃烧中的作用被低估。最后，我们总结提出了耦合VOCs活化位和氧气活化位设计催化剂的新思路。 

　　这一成果以Metals incorporated into OMS-2 lattice create flexible catalysts with highly efficient activity in VOCs combustion为题，发表在学术刊物Applied Catalysis B: Environmental上，中国科学院城市环境所邓华副研究员为第一作者。该研究得到中国科学院青年创新促进会(2019306)、中央地方科技发展引导基金(2020L3023)、中国科学院先导培育专项B (XDPB1902)等项目的资助。 

图1 部分M-OMS-2催化剂的元素mapping图

图2 甲苯(A)，丙酮(B)和二氯甲烷(C)在不同M-OMS-2催化剂上的燃烧曲线

　　论文链接：https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2022.121955