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<section class="xmteditor" style="display:none;">▲第一作者：章凌；通讯作者：孟祥举；肖丰收 <br/> 通讯单位：浙江大学 论文DOI：10.1016/j. apcatb.{attr}3218{/attr}.118461 全文速览 本文报道了一种 Mn 掺杂全硅 Beta-Si 沸石分子筛负载 Ag 纳米颗粒催化剂。通过 Ag 和 Mn 添加量的优化，成功的制备了 10% Ag8% Mn/Beta-Si，得益于Beta-Si相对优异的疏水性以及Mn修饰后的活化氧能力的提高，该Ag 基催化剂能在 45 °C 条件下将 80 ppm 的甲醛完全氧化为无毒无害的 CO2 和 H2O。本文首次实现了在 Ag 基催化剂上将甲醛完全氧化的温度降低至 50 °C 以下，这为开发低温消除甲醛的 Ag 基催化剂提供了新的思路。 背景介绍 甲醛是室内空气污染物的主要成分之一，它的来源十分广泛，人们的衣食住行等活动都会产生甲醛，而且挥发周期长达 15 年之久。根据世界卫生组织（WHO）相关统计表明，室内甲醛污染每年导致全球 430 万人死亡，因装修污染引起的上呼吸道感染而导致重大疾病的儿童约有 210 万人。根据中国测试技术研究院《2019 中国室内空气污染状况白皮书》报告显示，装修 1 年内房屋空气质量合格率不足 5 % 。这些触目惊心的数字表明消除室内甲醛污染已经成为一项迫在眉睫的任务。人们发展了包括吸附法、光催化法、等离子体法及催化氧化法，其中催化氧化法由于操作简单及无二次污染而备受研究者关注。 在前期研究工作中，我们已经发现富铝 Beta 沸石分子筛（Beta-SDS）负载贵金属 Pt 催化剂能在室温下将甲醛完全分解为无毒无害的二氧化碳和水（Appl. Catal. B Environ. 2017, 219, 200-208）, 全硅 Beta-Si 沸石分子筛负载低负载量的贵{attr}3142{/attr} Pt 催化剂甚至能在 -20°C 条件下将甲醛完全分解为无毒无害的二氧化碳和水（Catal. Today. 2020, 339, 174-180）。这些发现充分说明沸石分子筛作为载体在甲醛催化氧化反应中表现出得天独厚的优势。 尽管室温催化氧化甲醛取得极大的进展，由于贵金属 Pt、Pd、Au 的价格昂贵，不适用于工业化大规模推广，因此对于发展廉价和高效的低温完全分解甲醛的催化剂依然是一个十分严峻的挑战。而 Ag 作为一种相对廉价的贵金属最近在催化燃烧甲醛反应中得到了极大的关注。尽管人们设计了各种 Ag 基催化剂用于甲醛的低温催化燃烧，但是这些催化剂完全催化燃烧分解的温度集中在 70~145 °C 之间，由于这些催化剂存在相对较差的活化氧能力以及低温脱附产物水的能力的缺陷，在低于 50 °C 将甲醛完全分解依然很难完成。因此设计低温完全消除甲醛的 Ag 基催化剂是一项很有意义的工作。 研究出发点 设计制备了 Mn 掺杂全硅 Beta-Si 负载银纳米颗粒催化剂（AgMn 优化 Ag 和 Mn 的负载量，成功的 10% Ag8% Mn/Beta-Si 催化剂 10% Ag8% Mn/Beta-Si 催化剂具有最好的活性，在45 °C下将甲醛完全分解 10% Ag 具有最大的表面 Ag 暴露量 8% Mn 的添加量综合考虑了活性氧的浓度以及迁移能力 图文解析 
▲Figure 1. Dependences of HCHO conversions on the reaction temperature over the Ag catalysts on various supports (10% Ag/Beta-Si, 10% Ag/MnO2, 10% Ag/TiO2, 10% Ag/γ -Al2O3, 10% Ag/CeO2, 10% Ag/Beta-SDS, and 10% Ag/Beta-TEA catalysts).
图一制备了一系列不同载体负载 10 % Si 载体具有非常优异的疏水性质，有利于快速转移甲醛催化燃烧过程中甲酸盐物种分解产生的水，从而推动反应的进行，该部分的详细讨论参见我们前期研究成果 （Catal 
▲Figure2. The exposed Agsites over Ag/Beta-Si catalysts with various Ag loading.
我们也制备了一系列不同 Ag 负载量的 Ag/Beta-Si 催化剂，通过 HRTEM 相关表征，计算了表面 Ag 暴露量和 Ag 负载量之间的关系（图二），呈火山型曲线关系，10% Ag 的负载量具有最大的表面 Ag 暴露量，该结果也和催化活性的结果一致（详见正文），具有最大表面 Ag 暴露量的催化剂具有最好的甲醛催化活性。 
▲Figure 3. Dependences of HCHO conversion on reaction temperature in HCHO oxidation over 10% Agx% Mn/Beta-Si (x = 2~20) catalysts.
▲Figure 4. Dependences of peak temperature (mobility of active oxygen species) and peak intensity (density of active oxygen species) for H2 consumption on Mn loading.
随后，我们在 Ag/Beta-Si 催化剂的基础上，掺杂了不同含量的 Mn，并将其用于甲醛的催化燃烧（图三）。结果发现， 10% Ag8% Mn/Beta-Si 催化剂表现出最为优异的催化活性，在 45 °C下将甲醛完全分解为无毒无害的二氧化碳和水。根据 H2-TPR, HRTEM 以及 XPS 等相关表征发现，在综合考虑活化氧的密度以及迁移能力之后，8 % Mn 是最为合适的负载量（图四）。 动力学研究表明 10% Ag/Beta-Si 和 10% Ag8% Mn/Beta-Si 催化剂具有类似的 HCHO 级数，这表明二者具有类似的 HCHO 活化能力。但是 10% Ag8% Mn/Beta-Si 催化剂的O2级数明显小于 10% Ag/Beta-Si 催化剂的 O2 级数，这表明添加 Mn 之后，活化氧能力得到了大幅度的提高。从TOF上分析，在 90 °C下，10% Ag8% Mn/Beta-Si 催化剂的 TOF 值是 0.0137 s -1，相同条件下，10% Ag /Beta-Si 催化剂的 TOF 值为0.0067 s -1。类似条件下，其他文献中的 TOF 相比，10% Ag8% Mn/Beta-Si 催化剂具有最高的 TOF 值。这些结果充分表明了 10% Ag8% Mn/Beta-Si 催化剂具有相对最为优异的甲醛催化活性。 总结与展望 我们成功的制备了 10% Ag8% Mn/Beta-Si 催化剂，在甲醛催化燃烧反应表现出极为优异的反应活性，在 45 °C 下就可以将甲醛完全分解为无毒无害的二氧化碳和水。这主要归因于全硅 Beta-Si 沸石分子筛载体具有优异的疏水性，10 % Ag 的负载量具有相对最高的 Ag 暴露量以及添加 8 % Mn（综合考虑活化氧的密度和迁移能力）。 该催化剂的设计为发展廉价和高效低温消除甲醛催化剂提供了新的思路 。
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