挥发性有机物（VOCs）的转化是含碳大气组分地球化学循环的重要环节，其转化产物对大气、生态环境和人体健康有重要影响。研发高效可行的催化材料与技术，改变VOCs化学转化路径，影响其地球化学行为，有利于改善空气质量、丰富含碳大气组分的资源化利用路径。催化氧化技术具有效率高、反应温度低（约200~400℃）、毒副产物少等优点，是一种颇具应用前景的VOCs转化技术。传统过渡金属氧化物在催化过程中低温还原性弱、氧物种活性不足。两种过渡金属氧化物的界面耦合可构筑丰富的TM1-O-TM2（TM：过渡金属）界面结构，有效活化表面晶格氧，但其活化机制和VOCs转化机理有待深入理解。

　　近期，中国科学院地球环境研究所空气净化新技术团队（AirPNT）创新采用表面活性剂辅助策略，开发界面效应增强CuO-Fe3O4复合催化剂（CFO-C/N-I），在原子级界面构筑丰富的Cu2+-O-Fe3+活性位（图1），显著增强对甲苯的催化氧化性能（T90降低约50℃）（图2）；并以苯为模型污染物，证实其具有典型芳香VOCs催化降解的普适性。材料表征结果显示，界面活性位点提升了催化剂的低温还原性和氧物种活性，且Cu-O键收缩和Fe-O键伸展是表面晶格氧的活化主因（图3）。机理分析显示，表面晶格氧是甲苯氧化反应的主要活性氧物种，甲苯经甲基快速脱氢转化为苄醇、苯甲醛和苯甲酸，并开环、深度氧化分解为CO2，反应过程符合Mars-van Krevelen机理。本研究为界面增强型过渡金属复合催化剂的可控合成，及加速转化挥发性含碳大气组分提供了新思路。

　　相关成果发表于Environmental Science & Technology，朱丹丹博士后为第一作者，黄宇研究员为通讯作者。该工作受国家自然科学基金（52200137）、中国科学院战略重点研究项目（XDA23010300和XDA23010000）和中国博士后基金（2022M713126）等共同资助。

　　Dandan Zhu, Yu Huang, Rong Li, Shiqi Peng, Pengge Wang, and Jun-ji Cao. Constructing Active Cu2+–O–Fe3+ Sites at the CuO–Fe3O4 Interface to Promote Activation of Surface Lattice Oxygen. Environmental Science & Technology,2023,  DOI: 10.1021/acs.est.3c05431

　　论文链接：https://doi.org/10.1021/acs.est.3c05431。

　　图1. CuO-Fe3O4催化材料的形貌结构

　　图2. CuO-Fe3O4催化材料的甲苯氧化活性和稳定性

　　图3. CuO-Fe3O4催化材料的氧物种活性、氧化还原性、微观结构，及甲苯氧化机理