镍泡沫负载多缺陷钴催化剂激活水分子促进二氯甲烷催化臭氧化的高效矿化研究

　　本研究针对氯代挥发性有机物(Cl-VOCs)催化臭氧化过程中水分子毒化及副产物生成难题，通过水热法在镍泡沫基底上构建多缺陷CoOx 纳米针阵列催化剂。该催化剂在120°C下实现88%的二氯甲烷(DCM)转化率，3 vol%水蒸气可提升至98%，并减少三倍多氯副产物。缺陷结构激活水分子产生O2 ? /O2 2? ，补充晶格氧并促进O3 羟基化生成活性羟基，为湿式废气处理提供新策略。

　　

氯代挥发性有机物(Cl-VOCs)是二噁英前体物和雾霾重要贡献者，其治理技术面临低温失活和副产物毒性两大瓶颈。传统催化氧化需200-500°C高温，而催化臭氧化虽能在低温运行，却因水分子竞争吸附导致效率骤降。更棘手的是，工业废气普遍含水分，粉末催化剂难以工程化应用。如何开发兼具水耐受性与高活性的整体式催化剂，成为环境催化领域"卡脖子"难题。

天津大学的研究团队在《Journal of Hazardous Materials》发表突破性成果，通过NH₄
F和CO(NH₂
)₂
协同调控，在镍泡沫上定向生长多缺陷CoO_x
纳米针阵列。这种"双蚀刻双调控"策略：NH₄
F先蚀刻镍基底产生Ni³⁺
缺陷锚定位点，再通过F^?
配位调控Co²⁺
/Co³⁺
水解路径；CO(NH₂
)₂
水解缓慢释放NH₃
控制pH，抑制颗粒团聚形成垂直纳米针。最终获得的Co-NUF-6催化剂在120°C、O₃
/DCM=10条件下，转化率从88%跃升至98%，多氯副产物减少70%。

关键技术包括：水热法原位生长、NH₄
F/CO(NH₂
)₂
协同模板调控、电子顺磁共振(EPR)检测活性氧物种、原位漫反射红外光谱(DRIFTS)追踪反应路径。

【Morphologies】部分揭示：SEM显示原始镍泡沫经蚀刻后形成多孔层状结构，为CoO_x
提供3D锚定位点。未添加模板剂的对照组仅见稀疏颗粒，而优化组形成密集纳米针阵列，比表面积提升4倍。

【Environmental implication】强调：DCM作为冶金/化工行业典型污染物，其C-H键解离能高达414 kJ/mol。传统处理需消耗大量能源，且易产生二氯乙烷等剧毒中间体。本研究通过O₃
羟基化路径，将水分子转化为·OH自由基攻击C-Cl键，实现低温高效矿化。

结论指出：多缺陷结构通过三重机制协同：(1) Ni³⁺
缺陷增强CoO_x
负载强度；(2) 氧空位促进O₃
解离为O₂
^?
；(3) Co缺陷位点激活H₂
O生成H₂
O₂
中间体。这种"缺陷工程-水激活"策略为开发新一代工业废气治理催化剂提供范式，其镍泡沫载体可直接应用于现有净化设备，具有显著工程转化价值。