甲醛（HCHO）是室内空气中重要的致癌污染物，具有浓度低、释放时间长等特点。室温催化氧化技术由于其能耗低，是一种很有前景的室内HCHO污染控制方法。钴氧化物（Co₃O₄）因其良好的低温还原性、高氧迁移率和易于生成反应活性物质，对HCHO催化氧化表现出良好的性能。然而，现有催化剂多为块体结构，其内部活性位点难以得到充分利用。因此，提高Co₃O₄活性位点的利用率对于促进 HCHO在室温下的催化氧化至关重要。

　　基于此，中国科学院地球环境研究所黄宇研究员团队精确控制了Co₃O₄纳米片的厚度，以研究活性位点暴露对HCHO催化氧化反应路径的影响。研究表明：（1）原子层厚度（~2 nm）的超薄二维Co₃O₄纳米片（Co₃O₄-2）比另外三种更厚的Co₃O₄纳米片（10 nm、15 nm、20 nm）表现出更强的晶格无序。像差校正扫描透射电子显微镜证实Co₃O₄-2的无序结构包括晶界、位错、台阶和原子空位，这增加了活性位点Co³⁺和氧空位的数量。（2）超薄的二维结构增强了这些活性位点的表面暴露（图1）。因此，Co₃O₄-2的HCHO去除效率（＞90%）和CO₂转化效率（＞90%）明显高于较厚的Co₃O₄纳米片（图2）。（3）Co₃O₄-2可以通过完全暴露的活性位点产生更多的活性氧，避免了产生难以在厚纳米片上转化和解吸的中间体（碳酸氢盐和碳酸盐）的反应路径。这些在厚纳米片表面积累的中间体阻断了活性位点，从而抑制了HCHO的完全催化氧化（图3）。这项工作为构建和暴露Co₃O₄活性位点提供了有效的策略，加深了对HCHO催化氧化反应路径的理解，有利于室内低浓度HCHO的可持续净化。

　　相关研究成果发表于Applied Catalysis B: Environmental，黄宇研究员为通讯作者，博士研究生李荣为第一作者。该工作受国家自然科学基金（51878644，21725102和41573138）、国家重点研发计划项目（2016YFA0203000）、中国科学院战略重点研究项目（XDA23010300和XDA23010000）的共同资助。

 Rong Li, Xianjin Shi, Yu Huang, Meijuan Chen, Dandan Zhu, Wingkei Ho, Junji Cao, Shuncheng Lee, Catalytic oxidation of formaldehyde on ultrathin Co₃O₄ nanosheets at room temperature: Effect of enhanced active sites exposure on reaction path, Applied Catalysis B: Environmental,2022, 319, 121902

　　论文原文链接：https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2022.121902

　　图1. 超薄二维Co₃O₄纳米片的无序原子结构及活性位点暴露情况

　　图2. 超薄二维Co₃O₄纳米片在室温下催化氧化HCHO性能

　　图3. Co₃O₄纳米片在室温下催化氧化HCHO的反应路径