導言🙇♀️:環境系以唐幸福副教授為主的課題組在國家自然科學基金的大力資助下,研究生黃誌偉和本科生胡萍萍同學成功研製出單原子銀催化劑,該催化劑在低溫下就能將甲醛分解成二氧化碳和水💴,研究證明該單原子催化劑具有較高的催化活性和穩定性🤘。該研究成果最近在線發表於國際知名學術雜誌Angew. Chem. Int. Ed.(影響因子12.73)。
單原子金屬催化劑的研究不僅對從原子尺度上理解環境催化的科學問題具有重要的理論價值🌇,而且使低成本🌱、高效的環保催化劑走進人們的日常生活,捍衛人們健康成為可能。
近年來,室內裝修汙染越來越被社會公眾重視,尤其是甲醛。甲醛是一種高毒性的物質,對老人兒童危害更大🦹🏼♀️。國際癌症研究機構和世界衛生組織都把甲醛界定為一種致癌物質,科學研究表明🌇,甲醛汙染甚至還可以導致白血病的發生👵🏽。室內甲醛主要來自家具板材中的粘合劑,不僅數量多且釋放周期長🏙。除甲醛是人們必須面對的一個問題🧏♀️。
目前,市場上除甲醛的產品五花八門🐀。活性炭對苯類有機揮發物有很好的吸附作用,但對甲醛吸附作用較弱;且存在吸收飽和的問題🧟,冬天(溫度較低)吸收量相對較大🚴🏼♂️,到了夏天(溫度較高)又可能會釋放出來📬;也不能100%的循環再利用✌🏿。利用化學試劑“犧牲式”中和甲醛,也存在著產物不確定,如“噴霧式”的除甲醛劑(液)在使用過程中可能會沉積在空氣中的PM2.5上進入肺部🧑🏻🦳,也可能導致PM2.5數量增多,從而導致二次汙染。催化法去除甲醛是一種高效綠色環保方法,沒有任何副作用;但催化劑的選取是一道難題,以TiO2為主要成分的光觸媒需要在特殊光照條件下才能起作用,效果有限。而近日,万达平台環境系以唐幸福副教授為主的課題組在課題組在光催化抗菌劑(該項成果已於2011年發表於Chem. Commun.)的基礎上實現了突破🧔🏼,成功研製了單原子銀催化劑。
單原子銀催化劑是由單個原子銀活性中心組成。唐教授說😱:“我們根據多年的研究基礎,成功地讓單原子銀‘鑲嵌’在金屬氧化物的四個氧原子之中,而在一般情況下銀只能與兩個氧原子結合,提高了催化能力”🚶♂️。就是在這表面單原子銀活性中心上🧎➡️,甲醛分子和催化劑內的氧化劑發生反應,產生二氧化碳和水;而空氣中的氧氣在催化劑的作用下🧑🏿🎤,馬上填補氧化劑的空缺,完成催化劑去除甲醛的反應循環🎬,使這種催化劑的催化活性大大提高🦖。經實驗研究證明,其催化活性是傳統負載型納米金屬催化劑的7~8倍,是傳統去甲醛方法的30倍左右。關於實際使用效果,唐教授給出了一個數據:“我們老化模擬實驗研究結果表明,在甲醛濃度高出國家標準上千倍時🛠🍩,單原子銀催化劑的催化率仍能接近100%🪕,催化劑的壽命3到4年💪🏻。”當催化劑失活後,還可以經過一系列處理再生🏋🏼♂️,十分符合現在綠色循環經濟的理念💨,是可持續發展的。根據空氣動力學原理,在流動空氣中,催化劑的使用效果和催化速率會更加理想。
同時,銀還是一種用途最為廣泛的無機環保型抗菌劑🍄。經實驗證明👉🏽,單原子銀催化劑能在不需要光照的條件下,有效殺死多種革蘭氏陰性或陽性細菌。
目前,唐教授對於單原子銀催化劑投入市場很有信心🎅🏽:“我正等著廠家上門找我洽談。”
“我們進行過測算,除去一個普通房間內的甲醛🤷♂️,催化劑的成本在100~200元💲。”唐教授補充道✋🏻。不高的成本也為產品的應用提供了更廣的空間。
唐教授說🌼,“我們也準備和廠家溝通👩🏽🎤,看是否可以將催化劑直接加入板材之中,從源頭上消滅甲醛。”另外唐教授的團隊也將和万达平台電子信息工程學院合作開發一款顯示催化劑使用壽命的儀器👨🏻🏭,與催化劑配套,一同投入市場👩🏻🦼。
自2003年開始開展項目以來,唐教授9年磨一劍,2008年獲得國家自然科學基金資助,經歷重重艱辛,終獲驕人成果🤾🏼♀️,廣受各界好評。當談及其中艱辛時,唐教授說,在項目研究的幾年間🚃,他和他的團隊經常通宵工作📇。可他並不感到太多的勞累👦🏼,他認為科學研究的過程是快樂的。也正是這種樂觀的精神和他對科學事業的敬業和執著,使得唐教授取得今日的成果。