隨著我國“十四五”規(guī)劃將大氣污染控制的重點從PM2.5轉(zhuǎn)向VOCs和O3，開發(fā)零能耗分解O3的催化劑至關(guān)重要。近日，南開大學(xué)電子信息與光學(xué)工程學(xué)院王衛(wèi)超教授課題組面向國家臭氧污染嚴峻形勢以及“雙碳”戰(zhàn)略重大戰(zhàn)略需求，首次在三元氧化物催化劑莫來石YMn2O5上實現(xiàn)無能耗超低溫(-40 oC-室溫)臭氧分解。介紹該工作的論文日前發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊Environmental Science & Technology上。

目前，廣泛研究的催化材料無法滿足極低溫環(huán)境下（-40oC——室溫）的催化需求。因此，設(shè)計滿足國家“雙碳”要求的復(fù)雜環(huán)境下零能耗分解臭氧的催化劑具有重要的環(huán)境意義與科學(xué)價值。研究表明，得益于莫來石獨特的對稱結(jié)構(gòu)和表面適宜的Mn-O鍵結(jié)合強度，YMn2O5可以在極低的過渡態(tài)勢壘（0.29 eV）下將臭氧高效分解為氧氣，并能在高濃度（120 ppm）、高空速（600,000 mL·g-1·h-1）、超低溫（-40oC-室溫）、高濕度（RH=90%）環(huán)境下長時間（100h）保持穩(wěn)定。

王衛(wèi)超教授從事錳基催化劑研究工作多年，曾主持和參與國家重點專項基金，天津市重點專項，國家自然基金在內(nèi)的多項課題；主要的研究興趣是基于高通量計算和實驗相結(jié)合的能源存儲和環(huán)境大氣凈化催化設(shè)計；在Science等國際著名期刊發(fā)表文章100余篇；成果受到了來自美國化學(xué)工程雜志(C&EN)，自然(Nature)，?？怂?Fox)，光明日報等媒體和雜志的關(guān)注和報道。

（a）莫來石單胞，（b）合成粉末電鏡圖以及（c）基于莫來石催化材料的部分工業(yè)產(chǎn)品

王衛(wèi)超教授課題組在2012年就率先發(fā)現(xiàn)莫來石材料具有超強的NO氧化能力，同時該材料被拓展到VOC污染的治理中，實現(xiàn)了高效的轉(zhuǎn)換。2014年起，課題組開展了基于該系列材料的電催化理論研究及應(yīng)用探索。從2019年開始，基于莫來石催化材料，王衛(wèi)超教授課題組布局了臭氧的零能耗分解方向。目前，團隊已經(jīng)實現(xiàn)了該材料的宏量制備，可滿足各類工業(yè)應(yīng)用需求。該成果的推廣應(yīng)用將為目前新型大氣污染物臭氧在超低溫環(huán)境下的降解提供有力的技術(shù)支撐，并在商業(yè)航空等領(lǐng)域發(fā)揮積極作用。

該論文第一作者為南開大學(xué)電子信息與光學(xué)工程學(xué)院博士生萬翔和王麗靜，王衛(wèi)超教授為通訊作者，南開大學(xué)為第一完成單位。該研究得到了國家自然科學(xué)基金委，深圳市科技創(chuàng)新委員會，移動源排放控制技術(shù)國家工程實驗室，國家環(huán)境保護惡臭污染控制重點實驗室，天津市杰出青年學(xué)者基金的資助。

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南開大學(xué)電子信息與光學(xué)工程學(xué)院現(xiàn)有5個本科專業(yè)：電子信息科學(xué)與技術(shù)、通信工程、電子科學(xué)與技術(shù)、微電子科學(xué)與工程、光電信息科學(xué)與工程。近五年來，學(xué)院共承擔(dān)國家自然科學(xué)基金、國家重點研發(fā)計劃、天津市科技支撐重點項目等國家級、省部級及各種橫向課題共計850余項，科研經(jīng)費1.8億；在國內(nèi)外學(xué)術(shù)刊物和學(xué)術(shù)會議上發(fā)表學(xué)術(shù)論文1000余篇；獲省部級科技成果獎多項；出版專著、教材與譯著20余部，取得了一批標志性的科研成果。

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本文素材來自：南開大學(xué)新聞網(wǎng)、南開大學(xué)本科招生官微等