環(huán)境污染問題是世界各國關(guān)注的重點。催化燃燒被認為是**前景的治污技術(shù)之一。目前，用于催化燃燒的常用催化劑主要為貴金屬，如金、鉑和銠等。雖然貴金屬催化性能較好，但其成本昂貴，且易中毒失活。近年來，以過渡態(tài)金屬氧化物作為催化劑對揮發(fā)性有機化合物（VOCs）進行轉(zhuǎn)化的技術(shù)引起了研究者的普遍關(guān)注。由于過渡態(tài)金屬氧化物具有高活性、易制備、熱穩(wěn)定性好和成本低廉等優(yōu)勢，已成為貴金屬催化劑的重要替代品。為了得到高活性和高熱穩(wěn)定性的催化劑，有必要對過渡態(tài)金屬氧化物的可控制備方法和催化作用機制進行研究。
近日，中國科學(xué)院工程熱物理研究所循環(huán)流化床實驗室研究人員開發(fā)了針對過渡態(tài)氧化物催化劑的制備和原位測試系統(tǒng)。如圖1所示，該系統(tǒng)采用化學(xué)氣相沉積方法，將過渡態(tài)金屬前驅(qū)溶液由脈沖噴油嘴噴入高溫沉積腔體，通過一系列的反應(yīng)即可在多種沉積襯底上制備出均勻的催化劑薄膜。采用XRD、XPS、SEM、拉曼光譜等多種表征技術(shù)進行表征，所制得的催化劑薄膜具有極高的純度及良好的晶貌。通過自主研發(fā)的催化劑特性測試系統(tǒng)（圖2），對多種VOCs進行了催化測試。結(jié)果表明制得的過渡態(tài)金屬氧化物催化劑能夠明顯地降低VOCs污染性氣體的完全氧化溫度。重復(fù)測試的結(jié)果具有高度的一致性，說明了該催化劑的可重復(fù)使用性能。目前，利用該技術(shù)已經(jīng)制備出一系列優(yōu)質(zhì)的過渡態(tài)金屬氧化物催化劑，如Fe2O3、Co3O4、Cu2O、Cr2O3、Mn3O4和鈷基復(fù)合氧化物等，并對脂肪烴、醇類、醛類、酮類和芳香烴的催化氧化過程進行了研究。
上述工作得到了中組部青年千人計劃的支持，相關(guān)研究成果已發(fā)表在國際期刊Proceedings of the Combustion Institute、Faraday Discussions、Chemical Engineering Journal、RSC Advances、Physica Status Solidi A: Applications and Materials Science?和Physica Status Solidi C: Current Topics in Solid Physics?等雜志上。?
