室內(nèi)裝修材料釋放的甲醛、苯系物等揮發(fā)性有機物（VOCs），汽車排放的碳氫化合物、氮氧化物等會引起嚴重的空氣污染。光催化技術(shù)可用于凈化氣相污染物，且具有無二次污染、可持續(xù)利用等特點，受到廣泛關(guān)注。然而，經(jīng)過多年研究，光催化技術(shù)離實際應(yīng)用仍有較大差距。大部分光催化劑僅能吸收紫外及少部分可見光，且量子效率較低，太陽光能量中約48%的紅外光不能用于激發(fā)光催化材料，僅轉(zhuǎn)換為熱量、提升環(huán)境溫度。

　　為提高光催化對太陽能的利用率，中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所研究員王文中和博士生蔣東、鄭雅麗等提出以光致熱催化的方式利用紅外波段能量，并與紫外-可見光激發(fā)下的光催化耦合，得到遠超單一催化過程的協(xié)同催化效率。課題組制備出的介孔結(jié)構(gòu)的Co3O4超薄納米片，對丙烷、丙烯碳氫化合物的降解率(72%、90%)遠超作為對比的Co3O4粉體（0、17.7%）以及TiO2粉體（0、50%）（J. Mater. Chem. A, 2016, 4, 105），基于Co3O4的光催化特性及Mars-van Krevelen氧化還原循環(huán)共同作用，Co3O4在發(fā)揮光催化作用的同時可通過光熱效應(yīng)達到其熱催化起燃溫度（高達180 oC），展現(xiàn)出光-熱協(xié)同催化降解。

　　近年來，該課題組針對光、熱催化間的協(xié)同聯(lián)用機制進行了系統(tǒng)研究，取得了一系列進展。其中，耦合電子、離子傳導(dǎo)的CeO2有助于改善溫度升高對光-電轉(zhuǎn)換的負作用，從而實現(xiàn)1+1>2的光-熱協(xié)同催化活性。相關(guān)結(jié)果包括：（1）向CeO2中引入Bi，顯著提升可見光吸收及低溫可還原性，在甲醛降解中展現(xiàn)出低溫（25-75 oC）光-熱協(xié)同，光-熱作用下的速率常數(shù)（0.22 h-1）遠超單一光（0.08 h-1）、熱（0.06 h-1)催化過程的疊加，表明光-熱協(xié)同催化可有效利用太陽光中的紅外能量（J. Phys. Chem. C, 2013, 117, 24242）；（2）向CeO2引入Mn，進一步提升材料的光譜吸收、光-熱效應(yīng)、低溫可還原性以及對甲醛氧化的光-熱協(xié)同催化活性，并且失活的催化劑可經(jīng)光催化過程再生(Appl. Catal. B-Environ., 2015, 165, 399）。

　　相關(guān)研究工作得到了科技部國家重點基礎(chǔ)研究計劃和自然科學(xué)基金委的支持。

Co3O4超薄納米片光-熱協(xié)同催化降解碳氫化合物 

Ce1-xMnxO2-δ固溶體催化劑光-熱協(xié)同催化氧化甲醛