单原子银催化剂可去除甲醛

复旦大学环境系唐幸福课题组最近成功研制出一种单原子银催化剂，在低温下就能将甲醛分解成二氧化碳和水。相关研究成果近日在线发表于国际知名学术杂志《应用化学》期刊。甲醛是一种高毒性的物质，国际癌症研究机构和世界卫生组织都把甲醛界定为一种致癌物质。目前，市场上除甲醛的产品五花八门。利用化学试剂中和甲醛，存在产物不确定的问题，如喷雾式的除甲醛剂（液）在使用过程中可能会沉积在空气中的PM2.5上进入人体肺部，也可能导致PM2.5增多造成二次污染。催化法去除甲醛是一种高效绿色环保的方法，但催化剂的选取是一道难题。为合成单原子银催化剂，在唐幸福的指导下，研究生黄志伟和本科生胡萍萍等对载体及合成策略进行了优化设计。直接制备单原子非常困难，因为单原子在室温下过于活泼而倾向于团聚。因此，课题组先在过渡态金属氧化物二氧化锰的表面均匀负载上2至3纳米的银纳米颗粒，然后让样品经过气氛马弗炉程序升温焙烧。在一定温度下，银纳米颗粒会自发分散开来，而在后续的冷却过程中会被载体的孔道结构捕获。从原位X射线衍射及X射线精修吸收谱可以清楚地观察到，在一定的气氛及温度处理下，银原子开始摆脱纳米银颗粒晶格的束缚，在载体表面游走，最终被镶嵌在化学势更低的端口上，从而得到银单原子分散的催化剂。单原子银催化剂由单个原子银活性中心组成。唐幸福介绍说，就是在这表面单原子银活性中心上，甲醛分子和催化剂内的氧化剂发生反应，产生二氧化碳和水；而空气中的氧气在催化剂的作用下，马上填补氧化剂的空缺，完成催化剂去除甲醛的反应循环，使这种催化剂的催化活性大大提高。实验证明，其催化活性是传统负载型纳米金属催化剂的7至8倍，是传统去甲醛方法的30倍左右。关于实际使用效果，唐幸福给出了一个数据：“在甲醛浓度高出国家标准上千倍时，单原子银催化剂的催化率仍能接近100%，催化剂的寿命为3到4年。”而且当催化剂失活后，还可以经过一系列处理再生，符合绿色循环经济理念。唐幸福透露，他们正计划和有关厂家沟通，尝试能否将催化剂直接加入板材中，从源头上消灭甲醛。（来源：中国科学报黄辛）