室內裝修材料釋放的甲醛、苯系物等揮發(fā)性有機物（VOCs），汽車排放的碳氫化合物、氮氧化物等會引起嚴重的空氣污染。光催化技術可用于凈化氣相污染物，且具有無二次污染、可持續(xù)利用等特點，受到廣泛關注。然而，經(jīng)過多年研究，光催化技術離實際應用仍有較大差距。大部分光催化劑僅能吸收紫外及少部分可見光，且量子效率較低，太陽光能量中約48%的紅外光不能用于激發(fā)光催化材料，僅轉換為熱量、提升環(huán)境溫度。

　　為提高光催化對太陽能的利用率，中國科學院上海硅酸鹽研究所研究員王文中和博士生蔣東、鄭雅麗等提出以光致熱催化的方式利用紅外波段能量，并與紫外-可見光激發(fā)下的光催化耦合，得到遠超單一催化過程的協(xié)同催化效率。課題組制備出的介孔結構的Co3O4超薄納米片，對丙烷、丙烯碳氫化合物的降解率(72%、90%)遠超作為對比的Co3O4粉體（0、17.7%）以及TiO2粉體（0、50%）（J. Mater. Chem. A, 2016, 4, 105），基于Co3O4的光催化特性及Mars-van Krevelen氧化還原循環(huán)共同作用，Co3O4在發(fā)揮光催化作用的同時可通過光熱效應達到其熱催化起燃溫度（高達180 oC），展現(xiàn)出光-熱協(xié)同催化降解。

　　近年來，該課題組針對光、熱催化間的協(xié)同聯(lián)用機制進行了系統(tǒng)研究，取得了一系列進展。其中，耦合電子、離子傳導的CeO2有助于改善溫度升高對光-電轉換的負作用，從而實現(xiàn)1+1>2的光-熱協(xié)同催化活性。相關結果包括：（1）向CeO2中引入Bi，顯著提升可見光吸收及低溫可還原性，在甲醛降解中展現(xiàn)出低溫（25-75 oC）光-熱協(xié)同，光-熱作用下的速率常數(shù)（0.22 h-1）遠超單一光（0.08 h-1）、熱（0.06 h-1)催化過程的疊加，表明光-熱協(xié)同催化可有效利用太陽光中的紅外能量（J. Phys. Chem. C, 2013, 117, 24242）；（2）向CeO2引入Mn，進一步提升材料的光譜吸收、光-熱效應、低溫可還原性以及對甲醛氧化的光-熱協(xié)同催化活性，并且失活的催化劑可經(jīng)光催化過程再生(Appl. Catal. B-Environ., 2015, 165, 399）。

　　相關研究工作得到了科技部國家重點基礎研究計劃和自然科學基金委的支持。

Co3O4超薄納米片光-熱協(xié)同催化降解碳氫化合物 

Ce1-xMnxO2-δ固溶體催化劑光-熱協(xié)同催化氧化甲醛