单原子银催化剂引领甲醛去除新突破

人民网-上海频道
2012-05-30
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  复旦大学唐幸福副教授课题组成功研制出单原子银催化剂,该催化剂在低温下就能将甲醛分解成二氧化碳和水,研究证明该单原子催化剂具有较高的催化活性和稳定性。该研究成果最近在线发表于国际知名学术杂志《应用化学期刊》。

  近年来,室内装修污染越来越被社会公众重视,尤其是甲醛。甲醛是一种高毒性的物质,对老人儿童危害更大。国际癌症研究机构和世界卫生组织都把甲醛界定为一种致癌物质,科学研究表明,甲醛污染甚至还可以导致白血病的发生。室内甲醛主要来自家具板材中的粘合剂,不仅数量多且释放周期长。除甲醛是人们必须面对的一个问题。

  目前,市场上除甲醛的产品五花八门。活性炭对苯类有机挥发物有很好的吸附作用,但对甲醛吸附作用较弱;且存在吸收饱和的问题,冬天(温度较低)吸收量相对较大,到了夏天(温度较高)又可能会释放出来;也不能100%的循环再利用。利用化学试剂“牺牲式”中和甲醛,也存在着产物不确定,如“喷雾式”的除甲醛剂(液)在使用过程中可能会沉积在空气中的PM2.5上进入肺部,也可能导致PM2.5数量增多,从而导致二次污染。催化法去除甲醛是一种高效绿色环保方法,没有任何副作用;但催化剂的选取是一道难题,以TiO2为主要成分的光触媒需要在特殊光照条件下才能起作用,效果有限。

  复旦大学环境系以唐幸福副教授为主的课题组在课题组在光催化抗菌剂(该项成果已于2011年发表于Chem. Commun.)的基础上实现了突破,成功研制了单原子银催化剂。

  单原子银催化剂是由单个原子银活性中心组成。唐教授说:“我们根据多年的研究基础,成功地让单原子银‘镶嵌’在金属氧化物的四个氧原子之中,而在一般情况下银只能与两个氧原子结合,提高了催化能力”。就是在这表面单原子银活性中心上,甲醛分子和催化剂内的氧化剂发生反应,产生二氧化碳和水;而空气中的氧气在催化剂的作用下,马上填补氧化剂的空缺,完成催化剂去除甲醛的反应循环,使这种催化剂的催化活性大大提高。经实验研究证明,其催化活性是传统负载型纳米金属催化剂的7~8倍,是传统去甲醛方法的30倍左右。关于实际使用效果,唐教授给出了一个数据:“我们老化模拟实验研究结果表明,在甲醛浓度高出国家标准上千倍时,单原子银催化剂的催化率仍能接近100%,催化剂的寿命3到4年。”当催化剂失活后,还可以经过一系列处理再生,十分符合现在绿色循环经济的理念,是可持续发展的。根据空气动力学原理,在流动空气中,催化剂的使用效果和催化速率会更加理想。

  同时,银还是一种用途最为广泛的无机环保型抗菌剂。经实验证明,单原子银催化剂能在不需要光照的条件下,有效杀死多种革兰氏阴性或阳性细菌。

  目前,唐教授对于单原子银催化剂投入市场很有信心:“我正等着厂家上门找我洽谈。”

  “我们进行过测算,除去一个普通房间内的甲醛,催化剂的成本在100—200元。”唐教授补充道。不高的成本也为产品的应用提供了更广的空间。

  唐教授表示,他们还准备和厂家沟通,看是否可以将催化剂直接加入板材之中,从源头上消灭甲醛。该团队也将和复旦大学电子信息工程学院合作开发一款显示催化剂使用寿命的仪器,与催化剂配套,一同投入市场。

  自2003年开始开展项目以来,唐教授9年磨一剑,2008年获得国家自然科学基金资助,经历重重艰辛,终获骄人成果。谈及其中艰辛,唐教授说,在项目研究的几年间,他和他的团队经常通宵工作,却并不觉得太劳累,因为科学研究的过程是快乐的。

 

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