近日，武汉理工大学张高科教授课题组在Applied　Catalysis　B：　Environmental上发表了题为“Boosting　full－spectrum　light　driven　surface　lattice　oxygen　activation　of　ZnMn₂O₄ by　facet　engineering　for　highly　efficient　photothermal　mineralization　of　toluene”的研究论文（DOI： https：／／doi．org／10.1016／j．apcatb．2022.122274）。该论文揭示了全光谱光照下晶面依赖的ZnMn₂O₄催化剂表面晶格氧的活化对甲苯矿化的重要作用。实验研究结合理论计算表明：与主要暴露｛11－1｝晶面的催化剂ZMO－R和｛1－1－1｝晶面的催化剂ZMO－C相比，主要暴露｛010｝面的催化剂ZMO－H具有更强的光吸收能力、更高含量的表面晶格氧和更低的氧解离能，这些优点更有利于ZMO－H表面晶格氧的活化，进而促进甲苯的深度光热催化氧化。本研究对利用晶面工程设计高效的光热催化材料用于深度矿化VOCs具有一定的参考和指导意义。

 通过有效的方法提高光热催化剂的催化活性以有效矿化挥发性有机化合物（VOCs）是一个新颖的课题和艰巨的挑战。在此，武汉理工大学张高科教授课题组报道了一种主要暴露｛010｝晶面的光热催化材料，该催化材料展现了优异的甲苯光热催化活性。在500　mW／cm²的光照强度和较低的环境温度（160 ℃）下，流动的空气中甲苯的矿化率达到93％，CO₂的生成率达到80％。研究结果表明：暴露｛010｝晶面的ZMO－H具有优异的光吸收能力、丰富的表面晶格氧含量和较低的氧解离能，这些内在特性有利于其在光的驱动下活化催化剂表面的晶格氧，持续产生丰富的氧活性物种，进而深度矿化甲苯。同时，理论计算表明暴露｛010｝晶面的ZMO－H催化剂具有较低的甲苯吸附能，有利于甲苯分子的吸附和活化，这也有利于提高ZMO－H在光驱动下对甲苯的光热催化活性。

催化剂的表面晶格氧活化对氧化还原反应的效率起着重要作用。然而催化剂表面晶格氧的化学惰性限制了其在催化反应中的应用。因此，在催化反应过程中增强表面晶格氧的活化至关重要。通过控制催化剂的活性暴露面增强其表面晶格氧的活化是一种有前途的活化方法。尽管催化剂的活性暴露面有利于其表面晶格氧的活化，但在VOCs催化燃烧反应中，需要高温来突破从表面晶格氧到分子O₂的缓慢氧交换速率的限制。光热催化氧化技术用于VOCs的降解可以有效的解决这一问题。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。在全光谱氙灯光照的驱动下，催化材料表面的局部高温可以驱动表面晶格氧和气态氧的快速循环交换并持续产生氧活性物种，这有利于VOCs的快速深度氧化。

ZnMn₂O₄作为一种稳定的尖晶石型氧化物，可以作为一个很好的示例来揭示如何设计晶面依赖的ZnMn₂O₄，在全光谱光照下活化其表面晶格氧并促进甲苯的催化氧化。一方面，可以通过合适的制备方法合成具有不同暴露面的ZnMn₂O₄材料。另一方面，ZnMn₂O₄材料具有优异的光吸收和光热转换性能。ZnMn₂O₄的这些优异的固有性质使其在相对较低的环境温度下实现其表面晶格氧活化。因此，我们可控地合成了具有暴露｛010｝、｛11－1｝和｛1－1－1｝晶面的ZnMn₂O₄，并首次使用它们揭示了在全光谱光照下，晶面依赖的ZnMn₂O₄的表面晶格氧活化对甲苯光热矿化的重要作用。这一有趣的发现证实了晶面工程对催化剂的表面晶格氧活化和甲苯的光热催化氧化至关重要，有助于合理设计先进的光热催化材料。