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原文DOI：10.15541/jim20240333
引用本文：
ZHU W J, TANG L, LU J C, et al. Research Progress in Catalytic Oxidation of Volatile Organic Compounds by Perovskite Oxides. J. Inorg. Mater., DOI: 10.15541/jim20240333.
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钙钛矿型氧化物(ABO3)是催化氧化挥发性有机化合物（VOCs）的高效稳定催化剂。为了提高钙钛矿型催化剂的催化效率，有必要针对性地解剖钙钛矿型氧化物的设计，以满足对不同类型VOCs的去除。本篇综述系统回顾了近年来钙钛矿型氧化物在催化氧化VOCs方面的研究进展，并探讨了针对VOCs催化氧化的不同设计策略。这些策略包括形貌调控、A位和B位元素的取代、缺陷工程以及负载型钙钛矿催化剂。进一步阐明了钙钛矿型氧化物的催化性能与其材料组成、形貌、表面性质(氧物种、缺陷)和本身性质(氧空位浓度、晶格结构)之间的联系，并介绍了VOCs催化氧化的反应机制和降解途径，最后展望了钙钛矿型氧化物催化剂的合理设计和反应机制研究的前景和挑战，以促进钙钛矿型氧化物催化氧化VOCs的应用。
研究背景
环保理念的盛行下，VOCs的控制与去除成为环境领域的热点问题之一。催化氧化法因其低温催化、高效去除以及副产物无毒害等特点而被广泛应用于VOCs的治理中，而催化剂的选择和设计通常是催化氧化法的核心。钙钛矿型氧化物(Perovskite oxides)因其热稳定性高、氧化还原性易调节，被认为是催化氧化VOCs的理想材料。此外，钙钛矿型氧化物的晶格结构和表面特性可以通过调控合成条件进行精密设计，以实现对特定VOCs的高选择性催化氧化，这为开发高效、环保的VOCs处理技术提供了潜在的解决方案。
本文亮点
近年来，已经报道了许多使用钙钛矿型氧化物及其改性材料催化氧化去除VOCs的研究工作，然而，关于钙钛矿型氧化物作为VOCs催化剂的调控策略报道较少。因此，我们对这些策略进一步细化，系统总结了不同钙钛矿型氧化物的调控策略，这些策略包括形貌调控、A位和B位取代、缺陷工程、负载型钙钛矿催化剂。
图文导读
一、钙钛矿型氧化物调控策略
形貌调控：催化剂的形貌对其催化活性具有显著影响，通过调整催化剂形貌以及构建纳米结构，可以有效地调控活性中心的数量，从而改变钙钛矿型氧化物的固有催化活性。
A位和B位取代：对于钙钛矿型催化剂，使用离子半径相近的元素进行A/B位取代是一种简单而有效的改性策略。B位金属掺杂可以引入晶格畸变和缺陷，提升电子迁移能力以及增加氧空位的含量，而钙钛矿的A位阳离子虽然几乎不直接参与催化氧化反应，但是A位阳离子的价态和取代量会影响氧空位浓度、B位离子价态以及晶体结构，从而对钙钛矿型氧化物的催化活性产生影响。
缺陷工程：缺陷工程被认为是改善催化性能的有效策略，因为它可以调整表面电荷分布并作为催化反应的高活性位点。
负载型钙钛矿催化剂：在实际应用中，钙钛矿型氧化物和其他材料通过构建负载型催化剂，产生相互作用或界面，进而提高催化剂的活性、稳定性和可重复性，同时该策略还解决了钙钛矿材料易团聚、失活和中毒等问题。
钙钛矿型氧化物调控策略
二、VOCs催化氧化反应中的理论模型
催化氧化的实质是在一定的温度条件下催化剂表面活性氧或者表面晶格氧参与的化学反应。描述VOCs催化氧化(燃烧)的反应机制主要有以下三种：Mars-van Krevelen(MVK)、Langmuir-Hinshelwood(L-H)和Eley-Rideal(E-R)。
(a)MVK机制、(b)L-H机制和(c)E-R机制示意图(Chemical Engineering Journal 2019,370,1128-1153.)
总结与展望
为了有效减少VOCs的排放，科研人员一直在寻找高效、环保的治理方法。在众多治理技术中，钙钛矿型氧化物因其独特的结构和催化性能，在VOCs催化氧化中得到了广泛应用，但是其性能还需要进一步提高。从催化剂设计的视角出发，可以从以下几个角度对催化剂进行进一步的优化。首先，对催化剂的结构进行调控，如比表面积、颗粒尺寸和孔结构，以改善传质效率、活性中心的暴露度及催化剂的稳定性。其次，针对钙钛矿型氧化物A/B位金属进行设计，包括元素的选择、价态分布和几何位置，这些要素直接影响氧化还原性质、活性氧含量、电子转移及反应物的吸附/活化过程。此外，结构缺陷的构建、表面酸性的调控以及多元素的协同作用也影响催化活性。
尽管在钙钛矿型氧化物材料改性方面已经开展了很多研究工作，但仍有以下问题需要完善：
（1）结构-活性关系需要进一步明确。
（2）需要加强钙钛矿的抗中毒能力，防止其失活。
（3）在钙钛矿催化剂实现工业化应用之前，延长催化剂的使用寿命是必须解决的核心难题。
（4）探索VOCs的氧化机理，明确反应机制，从根本上减少副产品的产生。
（5）开发针对多种VOCs污染物的协同去除技术。
同行评议
钙钛矿型氧化物（ABO3）是分解和去除挥发性有机物（VOCs）的高效催化剂，本论文总结了近年来钙钛矿型氧化物物催化氧化VOCs的研究进展，全面介绍了钙钛矿型氧化物在VOCs催化氧化中不同的设计策略，包括形貌调控、A位和B位取代、缺陷工程、负载型钙钛矿催化剂，阐明了钙钛矿型氧化物的催化性能与其材料组成、形貌和表面性质（氧物种、缺陷）和本身性质（氧空位浓度、晶格结构）密切相关。论文阐述严谨，逻辑性较强，语言规范，是一篇指导性强的综述论文。
作者简介
第一作者兼通讯作者：朱文杰，昆明理工大学环境科学与工程学院教授、硕士研究生导师。2002年大连工业大学无机非金属材料专业本科毕业，2005年云南大学材料物理化学专业硕士毕业后到昆明理工大学环境科学与工程学院工作至今，2013年昆明理工大学冶金物理化学专业博士毕业。目前主要从事微-介孔环境纳米材料研发、水体重金属污染防治、挥发性有机物催化降解等方面的研究工作。发表论文20余篇，包括Applied Catalysis B: Environmental, Journal of Hazardous Materials, Applied Surface Science等，授权发明专利11项。
期刊介绍
《无机材料学报》创刊于 1986 年，主要报道内容包括结构陶瓷材料、信息功能材料、能源与环境材料、生物材料等方面的最新研究成果 , 设有研究论文、研究快报(英文)、综述、观点评述、研究亮点和科技进展版块，目前已被SCI-E、EI、Scopus、CA、CSTPCD、CSCD、CNKI、CJCR等数据库收录，入选 “高质量科技期刊分级目录——材料科学-综合类”T1区和“无机非金属领域高质量科技期刊分级目录” T1区期刊。
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