本研究使用浸渍一锅法制备氮掺杂活性炭负载的
Ni
成型催化剂（
Ni/NAC
）。其中
Ni
负载量为
1.5wt%
的
Ni/NAC-900
（退火温度为
900℃
）催化剂表现出最高的活性，在反应温度
25℃
的条件下，对初始浓度为
540 mg·m
-3
的乙酸乙酯的
100%
去除可持续
50.5 h
，是未负载的
AC
纯吸附效果的两倍以上，
CO
2
选择性为
67.15%
。
根据一系列表征和实验结果可知，
Ni NPs
和
Ni
单原子共存于催化剂，
Ni-NC
单原子位点是催化剂的主要活性位点。空气中的
O
2
和
H
2
O
在原子分散的
NiN
4
C
2
催化中心上转化为
·OH
自由基，将乙酸乙酯氧化为
CO
2
和
H
2
O
。本研究为乙酸乙酯的降解开辟了一条高效、低耗、安全的新途径
。
天津大学丁辉团队聚焦生态环境治理前沿，在挥发性有机物治理方面开展了特色的原创性研究，颠覆性提出常温催化消减难降解
VOCs
新理念。该团队前期在常温催化领域做出积极探索，如常温催化
VOCs
降解：甲醇（
Environ. Sci. Tech., 54 (2020) 1938-1945
）、甲苯（
Ind. Eng. Chem. Res.
, 60
(2021)
3881-3892
）
、
Sep. Purif. Technol.,
356 (2025) 129808
）
、苯（
J. Hazard. Mater., 460 (2023)
132520
、
Sep. Purif. Technol.,
358 (2025) 130259
）等；常温催化降解草甘膦（
Environ. Res.,
201 (2021)
111618
），常温催化合成氨（
Appl. Surf. Sci., 669
(2024)
160496
）等代表性工作
。
近日，天津大学丁辉团队在期刊
Journal of
Environmental Chemical Engineering
上发表了“
Catalytic degradation
of ethyl acetate at room temperature over Ni/NAC monolithic catalyst
”的论文。在这项研究中，作者展示了他们开发的
Ni
成型催化剂（
Ni/NAC
），通过浸渍一锅法制备氮掺杂活性炭负载的
Ni/NAC-900
催化剂，具有
NiN
4
C
2
配位结构的
Ni/NAC-900
催化剂将空气中的
O
2
和
H
2
O
转化为
·OH
自由基，在
Ni
催化中心形成的
·OH
自由基使乙酸乙酯的催化具有
100%
的降解率、
67.15%
的
CO
2
选择性和
50.5 h
的长期稳定性。此项研究揭示了
·OH
自由基将乙酸乙酯氧化为
CO
2
的反应机理。这种高性能的成型催化剂通过无能耗的释放
·OH
降解乙酸乙酯，在去除有机挥发性污染物方面显示出巨大的潜力。这项工作为加快常温催化技术应用于经济型空气净化行业提供科学理论基础。
引言
近年来，单原子催化剂（
SAC
）在降低挥发性有机化合物降解温度方面的研究较多。然而，用于室温催化氧化挥发性有机化合物的单原子催化剂大多为粉末催化剂，在实际工业应用中仍存在一定的局限性。与粉末催化剂相比，整体催化剂具有减压、传质传热效率高、可回收利用等优点，在工业应用中具有广阔的前景。活性炭具有较大的比表面积和较高的稳定性，被广泛应用于
VOCs
处理。镍基催化剂对
OVOC
具有良好的催化效果，但对更适合工业生产的镍基整体催化剂的研究有限。本研究构建了氮掺杂活性炭负载镍整体催化剂（
Ni/NAC
），并选择了广泛使用的乙酸乙酯作为
OVOCs
的模型分子，揭示了乙酸乙酯在常温下的催化氧化行为和降解机理
。
图文导读
图
1. Ni/NAC
催化剂的稳定性：（
a
）长期稳定性及循环稳定性；（
b
）尾气成分分析
（反应条件：
T
r
=25℃,
C
in
=540 mg·m
-3
,
RH
=18%,
GHSV
=5000
h
-1
）
AC
对乙酸乙酯的吸附在
28.5
小时后达到饱和，而
Ni/NAC-900
催化剂对乙酸乙酯
95%
的去除率可在室温下持续
58.5
小时，是
AC
纯吸附效果的两倍多。除此之外，
Ni/NAC-900
具有良好的循环稳定性，经过三个反应循环后，维持
95%
乙酸乙酯转化率的时间仅减少了
2.3
小时。当乙酸乙酯去除率为
100%
时，尾气中检测到
CO
2
、
CH
4
和
CO
，二氧化碳的选择率和碳平衡分别为
67.15%
和
68.12%
，表明在催化剂的作用下，乙酸乙酯最终被氧化为二氧化碳
。
图
2. Ni/NAC-T
催化剂：（
a
）
Roman;
（
b
）
FTIR
；（
c
）
Ni/NAC-900
催化剂在反应和再生前后的
FTIR
图；（
d-g
）
N 1s
、
O 1s
、
C 1s
和
Ni 2p
的
XPS
光谱图像；（
h
）
XPS
全谱；（
i
）
H
2
-TPR
。
图
3. Ni/NAC-900
催化剂以及
Ni
箔、
NiO
和
NiPc
参考样品：（
a
）
Ni K
边
XANES
图谱
;
（
b
）
Ni K
边
EXAFS
图谱；
(c-f)
小波变换
(WT)
图谱。
图
4.
（
a
）
乙酸乙酯在
Ni/NAC-900
催化剂上发生常温催化氧化过程的原位
FTIR
谱图
；（
b
）自由基物种的
EPR
图谱；（
c
）乙酸乙酯在
Ni/NAC-900
上的常温催化氧化路径图。
空气中的
O
2
和
H
2
O
吸附在
Ni/NAC-900
表面并被活化产生
·OH
。
在
·OH
的强氧化作用下，解离能最低的
C-O
键首先断裂，生成
C
2
中间产物：吸附的乙酸乙酯首先被氧化为乙酸盐和乙醇；而乙醛则是由乙醇进一步氧化产生的，乙醛又会继续被氧化为乙酸盐物种。
另一方面，由于
C-C
键与
C-O
键能量相差很少，因此也会伴随着
C-C
键的断裂生成
-CH
3
、
CH
3
OH
，
CO
等
C
1
中间产物；一部分
-CH
3
被氧化为
HCHO
，进而被氧化为甲酸盐物种。一部分
-CH
3
与催化剂表面的
-H
和
-OH
结合形成
CH
4
和
CH
3
OH
，其中
CH
3
OH
会被进一步氧化为
HCHO
，进而被氧化为甲酸盐物种。以上产物一部分会被氧化为
CO
2
和
H
2
O
，另一部分作为副产物（乙醇、乙醛、乙酸盐和甲酸盐）吸附在催化剂表面，造成了催化剂的失活，这也是
CO
2
选择性和碳平衡低的原因。另外，
·OH
也会攻击烷基的
C-H
键形成
R·
，生成的
R·
则进一步与空气中的氧气结合形成
·OH
,
推动氧化过程的进行
。
