作为空气污染物,对流层臭氧在人口密集地区日益受到关注,其生成与挥发性有机化合物(VOCs)和氮氧化物(NOx)的光化学反应密切相关[1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8]。臭氧的催化分解被认为是最有效、经济可行且最具吸引力的臭氧消除方法[9, 10, 11, 12, 13]。由于O–O键的特殊分解特性,基于银的催化剂在臭氧分解方面具有巨大潜力[14, 15]。在各种氧化物负载的银催化剂中,基于二氧化锰的系统因其在臭氧分解中的优异催化性能而受到广泛关注[16, 17, 18, 19],但它们仍面临烧结问题以及在潮湿条件下水的竞争性吸附问题,这些问题严重降低了它们的催化性能[20, 21, 22, 23]。
在异相催化中,金属纳米颗粒(NP)的烧结是高温或潮湿环境下的常见失活机制,主要受奥斯特瓦尔德熟化过程(Ostwald ripening)驱动[24, 25, 26, 27, 28]。为了解决这一问题,人们开发了多种用于烧结金属催化剂的再分散技术,包括氧化还原循环、氯化-氧氯化处理以及使用卤代烃进行热处理[29, 30, 31]。然而,这些方法操作复杂且对环境不友好。为了解决这一问题,有人利用脱铝的Beta沸石在氢化反应中逆转了Cu纳米颗粒的奥斯特瓦尔德熟化过程[32]。此外,最新研究表明,纯二氧化硅Beta沸石的疏水性有利于水的快速脱附和转移[33, 34, 35, 36, 37],从而显著提升了甲醛氧化的催化活性。
考虑到臭氧的催化分解通常发生在空气中的水蒸气环境中[38, 39, 40, 41],以及Beta沸石在逆转奥斯特瓦尔德熟化过程中的独特结构[32],本研究选用了疏水的纯二氧化硅Beta沸石作为负载Ag-Mn物种的载体(记为Ag-Mn/Beta-Si)。结果表明,Ag-Mn/Beta-Si在高温潮湿条件下具有很高的臭氧分解活性,且长期使用后仍能保持这种活性。催化剂表征显示,原位形成的AgMnO2作为新的活性位点,有效防止了银纳米颗粒的烧结,从而维持了催化活性;同时,纯二氧化硅Beta沸石的疏水性有助于在潮湿条件下抑制水分子在活性位点上的吸附。