我国学者在有机硫水解与硫回收研究方面取得进展

图 传统水解技术与低温水解方法原理对比图

　　在国家自然科学基金（批准号：21976176、22006148、22106162）等资助下，中国科学院大学环境材料与污染控制技术研究中心郝郑平、张凤莲、蒋国霞团队在缺陷调控钛基钙钛矿催化剂促进水活化及有机硫水解研究方面取得重要进展。相关研究成果以“氧空位工程钛基钙钛矿促进水活化和有机硫低温水解（Oxygen vacancy-engineered titanium-based perovskite for boosting H₂O activation and lower-temperature hydrolysis of organic sulfur）”为题于2023年1月12日在线发表于《美国国家科学院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences, PNAS）杂志。论文链接：www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2217148120。

　　环境中硫的回收利用是污染治理与资源化的一个重要领域。有机硫水解是个典型的H₂O活化的反应，受限于水的有效活化，复杂环境下CS₂水解需较高的温度，而该温度条件不利于硫回收反应的进行，进而影响了硫回收与污染的有效控制。

　　针对上述问题，该团队提出了一种钛基钙钛矿上产生简便的氧空位（V_O）方法，从而激发H₂O的活化，实现了较低温度下高效有机硫水解与硫回收。通过该氧空位方法构筑了具有不同氧空位浓度的钛基钙钛矿催化剂，研究表明氧空位浓度与水的活化解离程度及水解性能呈线性相关关系。与V_O相邻的低配位Ti离子是H₂O活化的活性位点，V_O的引入（特别是V_O团簇）能够显著降低H₂O解离能垒，有效促进H₂O的活化解离。进一步的机理研究表明，CS₂的水解是由水分子吸附解离产生的-OH与CS₂分子引发的（Eley-Rideal 机理），这也是V_O促进 H₂O 活化而增强水解活性的本质。经还原处理的STO-R氧空位浓度最高，获得最佳水解性能，在克劳斯反应（Claus）最有利的225°C条件下实现了COS和CS₂的完全转化。尤其值得关注的是，该催化剂还同时具有Claus催化活性，可以同时获得优异的有机硫水解及硫回收效率。

　　双功能催化剂的应用可显著提高硫回收效率，减少催化反应单元级数，节约投资及运行成本，具有良好的应用前景。该研究成果对酸性气体的减排控制与资源回收利用具有重要的意义。