我校化工学院张永锋、郝志飞团队在挥发性有机物（VOCs）污染控制领域取得重要研究进展

近日，我校化工学院张永锋教授、郝志飞副教授团队联合天津大学展思辉教授、南开大学王鹏飞副教授团队，在挥发性有机物（VOCs）污染控制领域取得重要研究进展。相关成果以“Enhancing Molecular Oxygen Activation for Light Alkane Oxidation on Stabilized Ru/CeO₂/TiO₂ Nano-Island Catalysts via Ru 4d–O 2p–Ce 4f Orbital Coupling Engineering”为题，发表于国际催化领域期刊ACS Catalysis（DOI: 10.1021/acscatal.6c02692），并入选当期封面文章。

图 论文页面

开发高效、低成本的VOCs治理技术是实现大气污染控制与“双碳”目标的重要路径，其中催化氧化因高效、低能耗、无二次污染等优势被公认为最具前景的减排技术之一。轻质烷烃（甲烷、乙烷、丙烷）作为工业排放VOCs的重要组分，因C–H键能高、分子对称性强，其低温深度氧化仍是领域内公认的科学难题，根本瓶颈在于O₂分子三线态基态结构及其π*反键轨道电子填充使其在温和条件下极难被激活。贵金属虽可通过d轨道电子反馈实现O₂的部分活化，但传统d-p轨道杂化模式在调控电子转移效率方面仍有局限；而单原子催化剂（SACs）虽拥有100%原子利用率，却在苛刻反应条件下易迁移团聚导致活性衰减。如何在原子尺度上实现“高效氧活化”与“结构稳定”的协同，是SACs应用于VOCs催化氧化的关键挑战。该工作以高能Ce 4f轨道的CeO₂纳米岛为锚定位点，构筑Ru/CeO₂/TiO₂纳米岛催化剂，利用Ce 4f轨道的独特电子调控能力，通过Ru 4d–O 2p–Ce 4f轨道耦合网络实现界面电子向Ru位点的高效定向富集，从源头解决单原子Ru电子密度不足的问题，显著增强O₂的吸附与活化能力，实现轻质烷烃低温深度氧化。

图 构建Ru 4d–O 2p–Ce 4f轨道耦合强化分子氧活化实现轻质烷烃超低温净化

该研究成果依托化工学院、煤基固废高值化利用国家地方联合工程研究中心和资源循环自治区高等学校重点实验室完成，并受到国家自然科学基金（22206090）、内蒙古自治区首批“英才兴蒙”工程青年拔尖人才专项培养计划和煤基固废高值化利用创新团队（2025TYL04）支持。我校郝志飞副教授，南开大学王鹏飞副教授、天津大学展思辉教授为论文共同通讯作者，我校2023级硕士研究生董又兮为第一作者，我校为论文第一单位。

文字、图片：化工学院