贵金属负载{001}TiO2对氯苯的催化氧化研究：NaBH4和亚纳米钌在稳定Ru0↔Ru4+循环中的作用

CVOCs催化燃烧的工业应用因氯中毒引起的催化剂失活和多氯联苯副产物的产生而受到阻碍，开发稳定且低副产物生成的新型催化材料至关重要。Ru因具有高的Deacon反应活性可有效将氯物种转化为Cl₂，实现氯物种从催化剂表面脱附，但金属-载体相互作用尚未得到深入研究。考虑到特定晶面暴露的载体具有已知的表面几何结构、配位状态和表面能，这有利于提高理论计算的准确性，并进一步促进对金属-载体相互作用的深入探究。本研究成功合成了{001}晶面TiO₂，通过NaBH₄还原浸渍法将Ru、Pd、Rh分别负载于{001}晶面TiO₂载体上用于热催化降解氯苯。Ru/{001}-TiO₂表现出优异的氯苯降解活性、CO₂选择性及稳定性，可在250℃实现氯苯完全降解，且产生最少的多氯副产物。NaBH₄可增强{001}-TiO₂的Lewis酸位点、超氧自由基和表面羟基物种。然而，仅增强催化材料的活性位点对于氯苯催化降解是不够的，有效的氯物种脱附以防止催化材料发生氯中毒以及持续不断的产生反应性活性氧物种来促进氯苯及降解中间产物的深度氧化也是设计氯苯催化材料的关键。该核心问题被Ru⁰Ru⁴⁺循环有效解决。整个过程遵循Mars and Van Krevilen机制。NaBH₄增强的活性位点和亚纳米级Ru⁰Ru⁴⁺循环协同作用实现了有效且可持续的氯苯催化氧化。本研究评价出了可高效降解二恶英类氯代芳烃污染物的晶面调控纳米材料。为无意产生的持久性有机污染物的污染治理和环境修复技术的发展和应用提供理论借鉴。