催化分解法是关键的臭氧去除技术。实际应用场景要求催化剂在常温、高湿度及高空速条件下具备优异的臭氧分解性能。本文综述了高效稳定臭氧分解催化剂的设计策略，首次系统总结了臭氧常温催化分解的三大限制因素：活性位点不足、水分子与臭氧分子竞争吸附、中间氧物种难脱附，分类总结了克服三大限制因素的研究进展，揭示了当前研究的不足之处及未来研究的重点方向。本综述对推动臭氧常温催化分解技术的系统研究与实际应用具有重要的意义。

背景介绍

臭氧（O₃）作为典型的二次污染物，不仅影响大气氧化能力和二次颗粒物形成，也严重威胁生态系统和人类健康。热力学上O₃不稳定，可自发分解为氧气。然而，动力学上O₃分解受限，常温下半衰期是几小时至几天。催化剂能够降低O₃分解的能垒，从而加速O₃分解。为满足工业废气处理、密闭空间及大气环境空气净化等实际场景的O₃去除需求，亟需开发常温/低温、中高湿度、高空速、多污染物共存条件下高效稳定分解O₃的催化剂。

研究成果

本综述系统揭示了限制O₃常温催化分解的三大关键因素：活性位点不足、H₂O分子与O₃分子竞争吸附、中间氧物种难脱附（图1），并系统总结了针对三大限制因素采取的优化策略。

1. 增加活性位点数量：锰氧化物（MnO_x）的活性位点是氧空位。通过离子调控（如H⁺、K⁺）、金属掺杂（如Ce、Fe）、真空脱氧及优化合成工艺等方法，可以增加MnOx上氧空位的数量，从而显著提升MnO_x的O₃分解活性。然而，氧空位的数量不可能无限增加。因此，通过在MnO_x上引入第二种活性位点Ag物种可以提升催化剂的O₃分解性能，其中金属态Ag物种是更高效的O₃分解活性位点，这是因为在其上O₃分子的活化能力更强，H₂O分子的竞争吸附更弱。

2. 弱化水分子吸附或活化水分子参与O₃分解：实际环境中的水分子会显著抑制MnO_x性能。通过调控MnO_x上氧空位的类型和物化性质、在MnO_x上设计非氧空位吸附位点、构建疏水石墨烯壳层、引入低亲水性金属态Ag位点等方法，可以显著抑制水分子的竞争吸附。更具创新性的策略是“化敌为友”，设计特殊的催化剂结构（如碱金属改性的Ag/MnO_x催化剂、金属有机框架MOFs、层状双金属氢氧化物LDHs），可以活化水分子或结构中的羟基使其参与O₃分解，从而使催化剂在高湿度下保持高活性。

3. 加速中间氧物种脱附或调控O₃分解路径：中间氧物种的积累是更难解决的限制性因素。通过开发新型锰基催化剂（如莫来石型YMn₂O₅、无定形MnO_x、尖晶石型(Mn,Co)₃O₄）、调控氧空位类型、构建异质结构（如MnCO₃/Mn₃O₄）等方法，能够促进中间氧物种脱附。最重要的突破是我们课题组发现NiFe水滑石（LDH）在65%的相对湿度和600,000 h^-1的高空速下连续运行22天仍保持95%以上的O₃转化率，展现出优异的稳定性，这是因为在NiFe-LDH上O₃分解路径为新的H转移机制：层间丰富的羟基为活性位点，通过水分子为中间体的循环路径分解O₃。

未来展望

本综述指出了O₃常温催化分解未来的研究方向，应聚焦于精准调控催化剂微观物化结构、提升复杂环境下催化剂耐受性、拓展催化剂的低温与超高空速应用场景。

引用本文

Xiaotong Li, Zhisheng Wang, Biwu Chu, et al. Challenges and opportunities of catalytic decomposition of ozone at room temperature. Fundamental Research.

原文链接（复制到浏览器中查看）：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2667325825006429

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