近日，高水平国际学术期刊《Nano Research》在线发表了我校资源与环境工程学院张高科教授的最新研究成果“A novel Cu_1.5Mn_1.5O₄photothermal catalyst with boosted surface lattice oxygen activation for efficiently photothermal mineralization of toluene” (Nano Research 2022, DOI: https://doi.org/10.1007/s12274-022-4946-6)。

光热催化氧化技术用于挥发性有机污染物（VOCs）的降解是一门新兴的气态污染物去除技术。该技术不仅继承了光催化技术的优点，而且反应过程中的环境温度远低于传统热催化反应所需温度，降低反应过程所需额外能量，有利于低温高效矿化VOCs。此外，与传统的焙烧制备光热催化剂的方法相比，利用光热驱动催化剂前驱体发生结构重构，原位获得光热催化剂的方法更加简便和节能。

受此启发，武汉理工大学张高科教授课题组通过光驱动双金属铜锰氧化物（CuMnO₂）结构重构的新颖方法，构建了具有优异光吸收和热转化能力的尖晶石结构的Cu_1.5Mn_1.5O₄光热催化剂，其具有高效光热矿化空气中甲苯的性能。该研究首先通过低温水热方法制备Cu_1.5Mn_1.5O₄的前驱体（CuMnO₂），然后在氙灯的照射下将CuMnO₂原位转化为Cu_1.5Mn_1.5O₄，并直接用于空气中甲苯的光热矿化。材料表征和数据分析结果表明，从CuMnO₂原位转化为Cu_1.5Mn_1.5O₄的过程增强了Cu_1.5Mn_1.5O₄的光吸收和热转化能力。在350 mW/cm²的光强照射下，Cu_1.5Mn_1.5O₄光热催化剂对低浓度的甲苯（200ppm）具有高效的去除能力（98%的甲苯转化率和85%的CO₂生成率）。机理研究表明，Cu_1.5Mn_1.5O₄优异的光吸收和热转化能力以及易于活化的表面晶格氧是其高效光热矿化VOCs的关键。Cu_1.5Mn_1.5O₄强的光吸收和热转化能力有利于其表面局部温度的迅速升高，促使Cu_1.5Mn_1.5O₄的表面晶格氧在高温驱动下更容易活化成活性氧物种并形成氧空位，同时气态氧填补Cu_1.5Mn_1.5O₄的氧空位（图1）。该反应过程有利于甲苯的高效深度氧化。该研究为通过原位光热结构重构制备光热催化剂并直接用于VOCs的高效矿化提供了新的思路。

图1原位重构的Cu_1.5Mn_1.5O₄光热催化剂增强晶格氧活化降解甲苯

《Nano Research》是一本国际化、多学科交叉的高水平国产期刊。期刊影响因子10.269，属于中科院SCI期刊分区最新升级版1区top期刊。2013年和2016年分别获得“中国科技期刊国际影响力提升计划”第一期和第二期A类资助；2017年获得“中国科技期刊登峰行动计划”项目支持。在2019年9约中国科协、财政部、教育部、科技部、国家新闻出版署、中国科学院、中国工程院等7部门联合启动实施的“中国科技期刊卓越行动计划”中，《Nano Research》入选重点建设的22种“领军期刊”之一。先后荣获“中国出版政府奖期刊奖”、“中国百强科技期刊”、“中国最具国际影响力学术期刊奖”和“中国高校精品科技期刊奖”等多个奖项。