近日，云南省含硫精细化学品合成重点实验室团队、昆明理工大学环境科学与工程学院罗永明/陆继长教授课题组在含硫VOCs低温催化降解方面取得重要研究进展，相关研究成果以“Engineering Inverse CuO@CeO2Interfaces with Tandem Active Sites to Boost Low-Temperature Catalytic Degradation of Malodorous Methyl Mercaptan”为题发表在环境领域国际权威期刊‌Environmental Science & Technology。

甲硫醇（CH3SH，含硫VOCs最典型代表之一）是二次有机硫酸盐/酯气溶胶、臭氧和光化学烟雾的重要前驱体，广泛存在于焦炉煤气、煤化工、天然橡胶加工和天然气利用等冶金、能源和化工领域。催化降解是实现CH3SH高效净化的理想途径，但其应用面临关键瓶颈。CH3SH降解需要断裂高能C-S键（310 kJ/mol），通常需要大于300°C的高温条件下方可实现有效转化。然而，绝大多数工业废气的实际排放温度低于250°C。这种苛刻的高温要求与实际工况低温排放之间的显著差异，造成了处理过程能耗与运行成本的大幅攀升。因此，开发非贵金属、无需臭氧辅助的CH3SH低温催化降解体系，对于解决实际环境问题意义重大。

针对上述挑战，研究团队提出了一种CeO2纳米岛介导的Ce-O-Cu反向界面策略，成功构建了一种无需臭氧辅助的非贵金属CuO@CeO2反相催化剂（其中CeO2为活性组分，CuO为载体）。最优的逆向CuO@CeO2催化剂在180oC（高浓度）下实现了100%的CH3SH转化率，甚至在室温（低浓度）下达到了99%的转化率，显著优于常规的CuO/CeO2催化剂（400oC）和大多数文献报道的催化剂。HAADF-STEM和X射线吸收光谱证实，CeO2纳米岛（~4.0 nm）固定在CuO基底上，形成了独特的反相Ce-O-Cu界面结构。实验和理论计算揭示，这种特定的几何构型整合了空间相邻但电子耦合的空位和双氧位点。与传统的Cu-O-Ce界面（通过将CHx基团暴露于气相并主要生成CH4）不同，所构建的反向Ce-O-Cu界面从根本上调控了中间体取向，以同步驱动多步串联反应。具体来说，首先在Ce相邻氧/空位处初始形成CH3SSCH3后，强烈的Cu-S结合通过Cu相邻氧空位锚定CH3S*中间体，这在几何上迫使末端CHx基团朝向邻近的界面氧。这种空间邻近效应将C-S键断裂能垒从1.25 eV降至0.86 eV，C-O键形成能垒从3.36 eV降至1.56 eV，彻底重构了反应路径（CH3SH → CH3SSCH3→ CH3SCH3 +CO2→ COx+CH4）。随后，CuO体晶格氧对CH3SCH3进行深度氧化形成COx。同时，这种具有强Cu-S配位的配置使大块CuO颗粒能够充当大型硫储存库，防止界面活性氧位点被硫优先毒化并抑制气相H2S释放。这项工作建立了高效低温净化含硫VOCs的设计原则，也为环境催化中纳米岛介导的反向界面协同作用提供了典范。

昆明理工大学为第一通讯单位，陆继长和罗永明为论文的共同通讯作者，研究工作得到了国家重点/面上基金项目、国家重点研究计划、云南省重点基金和云南省重大科技专项等国家和省部级项目的资助，同时得到了云南省含硫化学品合成重点实验室、云南省创新团队、云南省高校重点实验室等平台的支持。

（供稿：环境科学与工程学院）