长期以来，大气臭氧一直威胁着人类的健康，然而，合理设计高性能的臭氧分解催化剂仍然具有挑战性。

近日，北京工业大学Jian-Rong Li，Lin-Hua Xie，北京师范大学Ganglong Cui发现，PCN-250(Fe₂M)作为高效多孔催化剂在臭氧降解和VOCs脱除方面具有巨大的潜力。

文章要点

1）PCN-250(Fe₂Co)在室温下，在较宽的湿度范围(0-80%RH)内，对于含氧量为1ppm的连续气流，表现出100%的臭氧去除效率。在相同条件下，PCN-250(Fe₂Co)的臭氧去除效率高于α-Fe₂O₃、Co₃O₄、CoFe₂O₄、活性碳和MIL100(Fe)等代表性材料。在干燥条件下，PCN-250(Fe₂Co)对臭氧分解的催化活性也高于ZZU-281。

2）研究发现，PCN-250(Fe₂Co)在水中浸泡30天或在室温下暴露4个月后，其高度多孔和结晶结构保持不变，在干空气或潮湿空气中暴露于较高浓度的臭氧(50 ppm)后，其分解臭氧的能力保持不变。

3）研究人员在密度泛函理论（DFT）计算的基础上，提出了PCN-250(Fe₂Co)在干、湿条件下催化分解臭氧的反应机理。结果表明，PCN-250(Fe₂Co)催化剂的高催化性能源于Co(II)空位的引入及其孔道结构。

4）同时，PCN-250(Fe₂Co)不仅是一类有害的大气污染物，也是臭氧的前体，在吸附去除空气中的VOCs方面具有很大的潜力。这是其他臭氧分解催化剂所不具备的。在低蒸气压和室温条件下，PCN250(Fe2Co)对甲醇、丙酮、正己烷、环己烷、苯、甲苯、乙苯、邻二甲苯、间二甲苯和对二甲苯等10种常见挥发性有机物表现出较高的吸附容量(89-241 mg g⁻¹)。此外，通过动态穿透实验证实了PCN-250(Fe₂Co)对干湿空气中VOC的捕集能力。PCN-250(Fe₂Co)有望成为一种独特的多功能空气净化材料。

这项工作为开发空气污染控制的新材料开辟了一条新的途径，在臭氧分解催化剂中引入高孔隙率可能使其具有吸附、分离和传感等多功能，这将有利于实际的空气净化应用。

参考文献

Dong, C., Yang, JJ., Xie, LH. et al. Catalytic ozone decomposition and adsorptive VOCs removal in bimetallic metal-organic frameworks. Nat Commun 13, 4991 (2022).

DOI：10.1038/s41467-022-32678-2

https://doi.org/10.1038/s41467-022-32678-2