【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。
「1」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.
「2」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.
「3」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.
「4」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(NOX)、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] , (Ni0.84Co0.16)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 (Ni0.84Co0.16)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.
「5」基于结构调控的Pt基氧还原催化剂的研究进展
刘优林1，李董艳2，沈岳松1
1.南京工业大学材料科学与工程学院，江苏 南京 211816
2.南京工业大学化学与分子工程学院，江苏 南京 211816
DOI：10.7502/j.issn.1674-3962.202401017
摘要：贵金属Pt基催化剂作为氧还原反应（ORR）中重要的催化剂之一，因储量有限且价格昂贵，限制了其规模化应用。如何提高Pt的利用率是目前开发高性能氧还原催化剂的关键。特别是，对催化剂进行结构调控（形貌、晶相、晶面、电子结构），可以有效提升Pt原子利用率及其本征活性，但由于表面效应和小尺寸效应使Pt纳米粒子具有较高的表面能和化学活性，导致它在化学反应中不稳定，影响催化剂的寿命。因此，开发具有高本征活性、高暴露活性晶面且结构稳定的Pt基催化剂依然是质子交换膜燃料电池领域的一个重大挑战。针对近年来该领域催化剂的研究进展进行综述。重点讨论通过调控Pt基纳米催化剂的形貌、晶相、晶面和电子结构等结构要素，提高Pt基纳米催化剂氧还原性能的设计理念与制备技术。最后简要总结Pt基纳米催化剂面临的挑战和研究重点。
PtMn 纳米枝晶的结构及组成表征(a~c)[39]
Structure and composition characterization of PtMn nanodendrites (a~c)[39]
引用格式：刘优林，李董艳，沈岳松. 基于结构调控的Pt基氧还原催化剂的研究进展[J]. 中国材料进展, 2024, 43(9):765-772.
LIU Y L, LI D Y, SHEN Y S. Research Progress on Pt-Based Catalysts Based on Structural Regulation for Oxygen Reduction Reaction[J]. Materials China, 2024, 43(9):765-772.
「6」移动源分子筛脱硝催化剂研究进展
李昊，邓志权，李国波，彭洪根
南昌大学资源与环境学院，江西 南昌 330031
DOI：10.7502/j.issn.1674-3962.202402006
摘要：柴油车尾气是大气中氮氧化物（NOX）的主要来源之一，NH3选择性催化还原（NH3-SCR）是目前移动源脱硝最成熟的技术手段。在过去的十几年中，金属基分子筛催化剂因其较宽的活性温度窗口、较好的热稳定性的优点，成为了柴油车尾气脱硝催化剂的重点研究对象，其中，Cu基小孔分子筛催化剂已经实现了商业化应用。但日益严格的NOX排放标准对脱硝催化剂的低温活性、水热稳定性和抗中毒性等性能提出了更高的要求。因此，许多学者围绕分子筛催化剂的催化机理及改良策略进行了更深入的研究，并取得了不错的进展。从反应机理、低温活性、水热稳定性、中毒及抗中毒策略等方面综述了分子筛NH3-SCR催化剂的研究进展，并对其应用前景进行了展望，旨在为高性能分子筛脱硝催化剂的开发提供理论指导。
新鲜和老化催化剂的H2-TPR 图谱(a)和对应Cu 物种的H2消耗量(b)[35]
H2-TPR profiles (a) and H2 consumption of corresponding Cu species (b) of the fresh and aged catalysts[35]
引用格式：李昊，邓志权，李国波，等. 移动源分子筛脱硝催化剂研究进展[J]. 中国材料进展， 2024, 43(9):773-785.
LI H, DENG Z Q, LI G B, et al. Research Progress of Mobile Source Molecular Sieve Denitrification Catalyst[J]. Materials China, 2024, 43(9):773-785.
「7」有机废弃物催化重整制氢研究进展
古飒飒，丁妍，刘远飞，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.1674-3962.202402003
摘要：能源短缺和环境污染成为当今世界的两大难题，在双碳战略驱动下，氢能开发成为全球的研究热点。相比于利用一次能源制氢，重整有机废弃物制氢既可以减少化石能源利用、解决环境问题,又能产出清洁能源，是当前制备绿氢的重要途径之一。综述催化重整废弃食用油、废塑料、含氧挥发性有机化合物这3种典型有机废弃物制氢研究进展，着重阐述废弃物制氢工艺、催化剂的制备及性能，并针对催化重整有机废弃物制氢过程中三大关键问题：积碳与碳资源回收、催化剂高活性结构调控、催化剂再生与回收展开讨论。最后，基于该领域面临的挑战和发展趋势展望了重整有机废弃物制氢实用化、工业化的前景。
废弃食用油制氢反应过程图[12]
The reaction route of hydrogen production by waste cooking oils[12]
引用格式：古飒飒，丁妍，刘远飞，等. 有机废弃物催化重整制氢研究进展[J]. 中国材料进展, 2024, 43(9):786-795.
GU S S, DING Y, LIU Y F, et al. Research Progress on Hydrogen Production from Catalytic Reforming of Organic Wastes[J]. Materials China, 2024, 43(9):786-795.
「8」乙炔氢氯化无汞催化剂研究进展
王明明，范宇睿，黄文君，徐浩淼，瞿赞，晏乃强
上海交通大学环境科学与工程学院，上海 200240
DOI：10.7502/j.issn.1674-3962.202401015
摘要：聚氯乙烯（PVC）是全球产量第三大的聚合物，而乙烯基氯化物是PVC的基本构建单元，催化乙炔氢氯化反应已被广泛应用于乙烯基氯化物的生产。高稳定性无汞催化剂（例如Au基催化剂）的研发对于实现乙炔氢氯化行业的绿色可持续具有重要的工业意义。用p-区（N）杂原子掺杂的贵金属单原子催化剂替代基于汞的催化剂已成为主流做法，在过去的几年中吸引了广泛的研究。N元素的掺杂可以解决催化剂失活和原子利用率低的根本问题，从而形成稳定的超细金属纳米颗粒甚至单原子催化剂，使该催化剂在乙炔氢氯化反应中表现出优异的催化性能。在此基础上，基于最新的理论和实验研究进展，全面回顾N元素调控的乙炔氢氯化催化剂的性质、性能和机制。讨论了催化剂结构与催化活性和稳定性的关系，总结出N掺杂单原子催化剂性能描述符，以强调设计催化剂的关键因素。最后，展望N元素调控催化剂的发展趋势。对性能提升机制和结构性能关系的深入了解可以为定向合成材料提供参考，从而促进乙炔氢氯化无汞催化剂的实际应用。
AC 和NC 负载的Ru 催化剂的TEM 照片和相应的催化性能(a)[42]; 不同元素调控的Au 催化剂的颗粒尺寸分布(b)[43] ; 随着Co添加量增加的N 掺杂碳材料的演变(c)[44] ; 具有不同官能团的催化剂上乙炔转化为氯乙烯单体的情况(d)[44] ; 溶液极性与乙炔转化之间的关系(e)[45]
TEM images and corresponding catalytic properties of AC- and NC-loaded Ru catalysts (a)[42] ; particle size distributions of Au catalysts tuned with different elements (b)[43] ; evolution of N-doped carbon materials with increasing Co additions (c)[44] ; conversion of acetylene to vinyl chloride monomer on catalysts with different functional groups (d)[44] ; relationship between the polarity of the prepared solutions and the conversion of acetylene (e)[45]
引用格式：王明明，范宇睿，黄文君，等. 乙炔氢氯化无汞催化剂研究进展[J]. 中国材料进展, 2024, 43(9):796-806.
WANG M M, FAN Y R, HUANG W J, et al. Advances of Mercury-Free Catalysis for Acetylene Hydrochlorination[J]. Materials China, 2024, 43(9):796-806.
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