【环境催化材料专栏 Ⅰ】

【编者按】环境催化材料是环境、化学、材料及能源等学科交叉融合发展的新兴学科方向，是“减污降碳”领域新质生产力发展的重点，成为当前绿色高质量发展的重大需求，其应用范围涵盖了烟气治理、空气净化、污水处理、能源转化、绿色化工等诸多领域，已成为环境工程、催化化学、功能材料等学科方向研究的热点。“环境催化材料”专栏由南京工业大学沈岳松研究员担任特约编辑，邀请国内相关专家从烟气脱硝、VOCs治理、CO₂催化转化、有机废弃物制氢、乙炔氢氯化等多个研究领域介绍了相关卡脖子环境催化材料的最新进展，内容兼顾理论与实践，期望为相关研究人员及感兴趣的读者了解该领域的发展前沿提供一些参考。专栏分两期发表，（Ⅱ）部分将在2024年第9期发表。

「石墨相氮化碳的改性及其在光催化中的应用进展」

李俊，马丹丹，邹雅珺，石建稳

西安交通大学电气工程学院 电工材料电气绝缘全国重点实验室 新型储能与能量转换纳米材料研究中心，

陕西 西安 710049

DOI：10.7502/j.issn.1674-3962.202310019

摘要：石墨相氮化碳（graphitic carbon nitride，g-C₃N₄）因其独特的电子结构、可见光响应能力以及优异的化学稳定性，被认为是新一代最有发展前景的光催化材料之一。但原始的块体g-C₃N₄存在比表面积小、电子传导率低、可见光吸收能力有限、光生载流子复合速率快等缺点，极大地限制了它在光催化领域的大规模应用。为了提高g-C₃N₄的光催化性能并拓展其应用领域，科研人员进行了大量的研究工作并取得了重大进展。针对g-C₃N₄在光催化领域的研究现状，从分子结构调控、微观结构优化、助催化剂负载、半导体异质结和同质结的构建等方面概述了基于g-C₃N₄材料的改性方法，介绍了g-C₃N₄基材料在光催化分解水产氢、污染物降解、CO₂还原、有机合成4个领域的应用，论述了g-C₃N₄基材料在光催化领域面临的机遇和挑战，并展望了其应用前景。

g-C₃N₄ 纳米片合成策略示意图^[33]

Schematic of synthesis strategy of g-C₃N₄ nanosheets^[33]

具有串联导向内电场的g-C₃N₄ 同质结在光催化分解水中的反应机理^[86]

Reaction mechanism of series-directed internal electrical fields(IEFs) in tandem-C₃N₄ for photocatalytic water splitting^[86]

引用格式：李俊，马丹丹，邹雅珺，等. 石墨相氮化碳的改性及其在光催化中的应用进展[J]. 中国材料进展, 2024, 43(7): 565-578. 

LI J，MA D D，ZOU Y J, et al. The Modification of Graphite Carbon Nitride and Its Applications in Photocatalysis[J]. Materials China, 2024, 43(7): 565-578. 

「用于VOCs消除的功能材料研究进展」

冯远1，杨振钰1，刘雨溪2，戴洪兴2，邓积光2

1. 中国石化催化剂有限公司工程技术研究院，北京 101111

2. 北京工业大学材料科学与工程学院，北京 100124

DOI：10.7502/j.issn.1674-3962.202311025

摘要：随着经济快速发展，人类活动产生的挥发性有机物（volatile organic compounds,VOCs）不仅会破坏大气环境，还会严重危害人体健康。在治理VOCs废气的典型技术中，吸附法、等离子体法、催化燃烧法、光催化氧化法等均具有良好的应用前景。材料性能是影响VOCs治理效率的关键因素，不同的技术原理使材料制备和优化方向存在差异，如吸附法需重视所选材料的孔道结构等与VOCs分子尺寸、性质的关系；等离子体法要强化催化剂与等离子体的协同作用；催化燃烧法涉及材料的氧化还原能力；光催化氧化法则是材料对光能的有效转化能力等。所以，明确各类技术中所用功能材料的改进重点，才能为相关材料的设计提供思路，大幅改善VOCs消除的效率。最后，对用于VOCs消除的材料研发提出了更高要求，包括具有良好抗中毒性能的材料、可协同消除多组分污染物的材料、取长补短的组合技术以及资源化利用技术。

Cu 和Ni 取代Co₃O₄催化剂对邻二甲苯催化氧化性能影响的示意图^[55]

Schematic for the influence of Cu- and Ni-substituted Co₃O₄ catalysts in o-xylene oxidation^[55]

引用格式：冯远，杨振钰，刘雨溪，等.  用于VOCs消除的功能材料研究进展[J]. 中国材料进展, 2024, 43(7): 579-592.

FENG Y，YANG Z Y，LIU Y X, et al. Research Progress of Functional Materials for VOCs Elimination[J]. Materials China, 2024, 43(7): 579-592.

「光热催化还原二氧化碳研究综述」

韩梦丽，王建海，沈岳松

南京工业大学材料科学与工程学院，江苏 南京 211816

DOI：10.7502/j.issn.1674-3962.202401020

摘要：以化石能源为主体的能源消耗不仅造成严重的大气污染，还产生大量的CO₂，加剧了气候恶化。“减污降碳”成为全球绿色高质量发展的重大战略需求。其中，将CO₂催化转化为高附加值碳基化合物成为当前能源与环境领域研究的热点。目前，CO₂催化还原的技术主要有热催化、光催化、电催化、光热催化和光电催化等。其中，光热耦合的光驱动光热协同催化技术不但克服了单一光/热催化技术的不足，而且能充分发挥二者的优势，在低（无）能耗的条件下实现高效高选择性催化还原CO₂制备碳基化合物，是一种理想的催化还原路径。针对光热催化的分类、机理以及光热催化还原CO₂催化剂的优化设计分别做出了概述，并论述了光热催化还原CO₂的工业应用以及现存的问题，最后对光热催化还原CO₂技术的未来发展进行了展望。

太阳能催化转化CO₂ 还原过程示意图

Schematic diagram of solar catalytic conversion of CO₂ reduction process

引用格式：韩梦丽，王建海，沈岳松. 光热催化还原二氧化碳研究综述[J]. 中国材料进展, 2024, 43(7): 593-602.

HAN M L，WANG J H，SHEN Y S. A Review of Photothermal Catalytic CO₂ Reduction Research[J]. Materials China, 2024, 43(7): 593-602. 

「整体式催化剂的制备及其催化净化发动机尾气的研究进展」

陈思源1，高思宇1，周生冉1，张春雷2，于迪2，于学华1，赵震1,2

1. 沈阳师范大学化学化工学院，辽宁 沈阳110034

2. 中国石油大学（北京）理学院，北京 102249

DOI：10.7502/j.issn.1674-3962.202310021

摘要：随着世界工业规模的不断扩大以及社会的不断发展，越来越多的发动机应用于工业生产中，但发动机排放的尾气造成的环境污染问题也越来越严峻。如何将发动机尾气污染物消除或净化逐渐成为研究热点。目前，催化净化技术是处理大气污染物最有效、应用最广泛的技术之一。如何将开发的粉体催化剂有效地应用到汽车尾气催化净化器并实现工业化应用，其中最关键的因素是整体式催化剂的研发。介绍了整体式催化剂常用的制备工艺，如溶胶-凝胶法、水热法、浸渍法等，并对相关的制备原理进行了描述；同时，对整体式催化剂催化净化发动机尾气如一氧化碳(CO)、氮氧化物(NO_X)、碳氢化合物(HC)及炭烟颗粒（PM）等的研究进展进行了详细的介绍；最后，对整体式催化剂在催化净化发动机尾气污染物中存在的问题和未来发展趋势进行了总结和展望。

Co₃O₄-NAs 催化CO 氧化机理的示意图(a)^[66]  , (Ni_0.84Co_0.16)₅TiO₇ 的SEM 照片(b)^[67] , PdO/ Ce₇₅Zr₂₅ 的SEM 照片(c)^[68] , Au/TiO₂ 催化剂催化CO 氧化过程的示意图(d)^[69]  , Fe₂O₃ / TiO₂ 催化剂催化氧化CO 机理的示意图(e)^[70] 

Schematic diagram of CO oxidation catalyzed by Co₃O₄-NAs (a)^[66]  , SEM image of (Ni_0.84Co_0.16)₅TiO₇  (b)^[67], SEM image of PdO/Ce₇₅Zr₂₅ (c)^[68] , schematic diagram describing the CO oxidation process on Au/TiO₂ catalysts (d)^[69] , schematic diagram of the mechanism of catalytic oxidation of Co by  Fe₂O₃ / TiO₂ catalyst (e)^[70]

引用格式：陈思源，高思宇，周生冉，等. 整体式催化剂的制备及其催化净化发动机尾气的研究进展[J]. 中国材料进展, 2024, 43(7): 603-625. 

CHEN S Y, GAO S Y, ZHOU S R,et al. Research Progress on Preparation of Monolithic Catalysts and Catalytic Purification of Engine Exhausts[J]. Materials China, 2024, 43(7): 603-625. 

【特约编辑】