近日，我院孙轶斐教授团队在国际顶级期刊《Angewandte Chemie International Edition（德国应用化学）》（IF=17.6）上发表题为“Vacuum-Induced Surface Reconstruction of Mn–Ce Oxides for Low-Temperature Coupled Redox Catalysis”的研究论文。我院阴勇副教授和2024级硕士研究生蒋一得为论文共同第一作者，海南大学为论文第一署名单位。

论文链接：https://doi.org/10.1002/ange.2739215

开发高效、低能耗的多污染物协同净化技术，是推进大气污染治理的重要研究方向。氮氧化物与含氯有机污染物的协同去除，需要在同一催化体系中兼顾还原与氧化两类反应，对催化剂的低温活性、反应选择性及界面调控能力提出了较高要求。锰铈复合氧化物兼具锰物种灵活的氧化还原特性与氧化铈良好的储放氧能力，在低温环境催化领域具有应用潜力。然而，传统研究主要通过调整整体元素比例和物相组成优化性能，对直接参与反应的表面及近表层结构缺乏精准调控。如何充分暴露活性位点、提高氧活化效率，并促进不同污染物转化路径之间的有效协同，是亟待解决的关键问题。

针对上述问题，研究团队提出“真空退火-低压氧气处理”的连续表面重构策略，在基本保留氧化铈萤石骨架的同时，诱导锰物种向近表层迁移并富集，成功构筑表面富锰的锰铈氧化物催化剂R-MnCe。多种结构表征结果表明，该策略能够有效调整锰、铈物种的近表层分布，提高表面锰活性位点的可接近性，并改变锰氧化物与氧化铈界面的电子结构，为低温氧化还原反应提供更有利的界面环境。

实验结果表明，重构后的催化剂展现出优异的低温协同净化性能。在无水协同反应条件下，R-MnCe在100 ℃时的氮氧化物转化率达到95.5%，显著高于未重构样品的64.1%；在200 ℃时即可实现氯苯完全转化，而未重构样品在该温度下几乎没有氯苯转化活性。此外，氯苯的引入有效改善了脱硝反应的氮气选择性：在300 ℃时，R-MnCe在协同反应条件下的氮气选择性仍达93%，明显高于单独脱硝反应条件下约30%的水平。引入体积分数为5%的水蒸气后，该催化剂仍能在162-255 ℃范围内保持高效脱硝，氮气选择性超过90%，体现出含水条件下的应用潜力。

研究团队进一步结合原位红外光谱、调制激发相敏检测红外光谱与密度泛函理论计算，揭示了表面重构促进反应协同的作用机制。研究表明，富电子的锰氧化物界面有利于活性氧物种的生成与持续再生，并通过共同的氧介导过程，将氨选择性催化还原氮氧化物与氯苯氧化联系起来。一方面，重构界面促进氨分子活化及含氮中间体转化；另一方面，活性氧物种与氨活化产生的表面氢协同促进氯苯脱氯及后续深度氧化，减少有机中间体在表面的积累。理论计算显示，重构后氧气辅助填补氧空位的能垒由1.48 eV降至0.47 eV，为高效界面氧循环提供了支持。

该研究建立了近表层结构、界面电子分布、氧活化行为与协同催化性能之间的关联，为通过合成后处理提升非贵金属复合氧化物催化性能提供了新思路，也为开发面向氮氧化物与含氯有机污染物的低温协同净化材料提供了理论依据。

该成果得到国家自然科学基金、国家重点研发计划、海南省自然科学基金、海南省科技专项及德国相关科研项目的支持。

撰稿：阴勇

审核：赵雪

复审： 孙轶斐  王旭