近日，我院仲兆祥教授和方亚蓉副教授在工业源挥发性有机物（VOCs）低温催化净化方面取得重要进展，相关成果以“Tailoring Cu⁺–O_v–Ti Ensembles with Electrophilic O⁻ Species for Enhanced Catalytic Toluene Oxidation”为题，发表于环境领域知名期刊《Environmental Science & Technology》。我院青年教师方亚蓉为第一作者，仲兆祥教授为通讯作者。

挥发性有机化合物（VOCs）广泛存在于工业废气中，排放到大气中的苯系物等对人体健康及空气质量构成严重威胁。其中，甲苯等VOCs不仅产生刺激性气味，更是形成近地层臭氧与光化学烟雾的重要前体物。当前，传统治理技术面临成本高、效率低等瓶颈，而催化氧化技术被视为最具潜力的VOCs控制手段之一，其核心在于高性能催化剂的开发与设计。甲苯作为典型难降解VOCs，因其C–H键稳定、反应活性低，对催化剂提出了更高要求。传统的过渡金属氧化物催化剂受限于活性氧物种不足，在甲苯低温催化燃烧中表现不佳。

针对上述问题，本研究提出了一种创新策略：通过耦合孤立Cu原子与邻近氧空位（O_v），构建出独特的Cu⁺–O_v–Ti活性位点。该结构可协同活化化学吸附的O₂，生成高活性的超氧物种（O₂^-）及亲电性单原子氧（O^-），进而高效攻击甲苯分子中的甲基C–H键，引导反应经由更易开环的苯甲醛/苯甲酸路径进行，而非难以进一步氧化的苯酚路径。所研制的缺陷型Cu/TiO_2-x催化剂在甲苯氧化反应中表现出卓越性能，其T₉₀（90%转化温度）低至225 °C，较原始Cu/TiO₂催化剂降低100 °C。本研究系统揭示了Cu⁺–O_v–Ti活性位点的动态作用机制及亲电氧物种的关键作用，为设计高效非贵金属VOCs净化催化剂提供了新思路与理论依据。

该工作得到了国家自然科学基金等项目的资助。

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.5c14437

作者：环境科学与工程学院；审核：张雪英