暨大/深大/宁大Nature子刊：疏水MnO中引入Lewis对，实现稳健有效O3分解

各种O₃分解催化剂，特别是氧化锰催化剂，由于其高效率、环境友好性、安全性和成本效益，已被广泛研究。在氧化锰催化剂中引入阴离子空位-氧空位(Vo)是一种提高O₃分解能力的有效策略。然而，催化O₃分解的发展仍然面临着重大挑战，特别是其长期有效性和耐湿性。

一方面，含Vo的氧化锰催化剂的失活是不可避免的，主要是由于含氧中间体(O₂^2-或O₂^–)和Vo位点上H₂O分子的积累，这些分子即使在100°C下也难以被释放；另一方面，催化O₃分解是一个动态氧化还原过程，需要催化剂的电子供体位点和受体位点。仅依赖于像Vo这样富电子中心的活性，很难实现O₃到O₂的快速转化。

因此，开发具有有效活性中心的催化剂，既能促进电子快速穿梭，又能防止中间体和水的积累，对于实现持续的O₃分解高活性、显著的稳定性和抗湿性至关重要。

近日，暨南大学朱明山、深圳大学丁腾达和宁波大学翟春阳等开发了一种富含V_Mn基Lewis酸碱对(LP)位点的疏水性含碳中晶氧化锰催化剂(Meso-MnO@C)，在广泛的相对湿度(RH)范围内表现出优异的O₃分解性能。

与广泛报道的以Vo为活性位点的O₃分解催化体系不同，V_Mn的存在诱导了中晶MnO内部的电荷再分配，导致形成由V_Mn-Mn酸性位点和V_Mn附近电子重构的O原子组成有效LPs作为基本位点。

性能测试结果显示，优化的Meso-MnO@C-2G在高湿度(RH为65%)、高质量空速(1500 L g^-1 h^-1)和100小时内完全消除了50 ppm的O₃，反应速率超过了之前报道的大多数O₃分解催化剂。

基于系统的表征和理论计算，研究人员提出了Meso-MnO@C-2G上的O₃分解机制。O₃分子被Meso-MnO@C-2G中的Lewis酸位点(V_Mn-Mn)捕获，电子从Meso-MnO@C-2G (O原子和V_Mn之间的空间)中富含电子的LB位点转移到O₃分子，导致O^–/O^2-的形成和O₂的释放。然后，O^–/O^2-与另一个O₃分子反应形成O₂^–/O₂^2-，消耗Meso-MnO@C-2G的LB位点提供的电子。

最后，O₂^–/O₂^2-将电子转移到电荷缺陷位点(LA)，然后解离成O₂。同时，电子从LA转移到LB。综上，Meso-MnO@C-2G表现出快速的电子穿梭，加速了O₃的分解，同时疏水碳层抑制了H₂O在催化剂表面的积累，从而实现了优异的O₃分解性能。

Defect-based Lewis pairs on hydrophobic MnO mesocrystals for robust and efficient ozone decomposition. Nature Communications, 2025. DOI: 10.1038/s41467-025-58257-9