近年来，雾霾天气引起人们对空气质量的高度关注。而在众多空气污染物中，挥发性有机物（VOCs）是形成光化学烟雾和雾霾的重要因素之一。探索高效降解VOCs的处理方法，是解决当前空气污染问题的重要途经。催化氧化法是目前公认的去除VOCs最有效的途径之一，而合成一种具有较好活性和稳定性的催化剂是催化氧化去除VOCs的关键。

近日，大连理工大学精细化工国家重点实验室梁长海教授团队与中国科学院大连化学物理研究所刘中民院士合作研究发现钙钛矿催化剂在VOCs脱除方面表现出优异的催化性能和耐水性。通过制备一系列LaCo_xMn_1-xO₃钙钛矿催化剂，并将其应用于低碳VOCs丙烷的催化氧化反应中。研究发现Co的掺入能够显著提高LaMnO₃钙钛矿的催化活性，其中Co掺入量为20%时，LaCo_0.2Mn_0.8O₃钙钛矿的催化活性最好，能够使丙烷转化率为90%时的反应温度降低25 °C。即使当反应气氛中存在CO₂或者H₂O条件下，LaCo_0.2Mn_0.8O₃钙钛矿催化剂在355 °C反应50 小时后仍保持优异的催化活性。根据表征结果可知，Co的掺入能够使LaMnO₃晶格发生扭曲变形，在表面产生更多的活性氧物种，同时也具有更优异的氧化还原能力。进一步在机理研究中发现，Co的掺入有利于反应物丙烷在催化剂表面的吸附和活化，使其在较低温度下即可被完全生成CO₂和H₂O。此研究对钙钛矿催化剂的改性，及其在低碳VOCs催化氧化的应用方面具有指导意义。相关工作以“Insight into the Effect of Cobalt Substitution on the Catalytic Performance of LaMnO₃ Perovskites for Total Oxidation of Propane”为题发表在美国化学会The Journal of Physical Chemistry C 124 (2020) 14646-14657 (https://dx.) 期刊上，并以封面论文形式予以报道。

此外，从提升非贵金属催化剂的催化性能角度出发，研究团队又以Co₃O₄-CeO₂二元氧化物催化剂为体系研究其丙烷催化氧化性能。研究发现Ce的加入能够明显降低Co₃O₄的粒径大小，同时其晶格也发生扭曲，促进了催化剂表面的氧空位产生，为氧的迁移提供晶格位点。另外，Co₃O₄与CeO₂之间存在明显相互作用，提高了催化剂的氧化还原性能。当催化剂中Co/(Ce+Co)摩尔比为70%时，其在310 °C就能实现高空速下(120000 mL g^-1 h^-1)丙烷90%以上的转化率。相关工作以“Insight into catalytic properties of Co₃O₄-CeO₂ binary oxides for propane total oxidation”为题发表在Chinese Journal of Catalysis 41 (2020) 679-690（(19)63523-0）上。

以上研究工作得到了国家重点研发计划(2016YFB0600305)和辽宁省“兴辽英才计划” （XLYC1908033）等项目支持。两篇论文第一作者为大连理工大学朱文军博士生，通讯作者为大连理工大学梁长海教授和中国科学院大连化学物理研究所刘中民院士。