2025年10月常州大学低碳清洁能源与安全高效燃烧科研团队孙运兰教授课题组2023级硕士研究生毕诗霖在Materials Today Chemistry期刊发表了题为“Calcination atmosphere regulating manganese-iron ore catalysts to synergistically remove NOx and toluene at low temperature”的研究论文。

      本研究以天然锰铁矿为前驱体，通过调控煅烧气氛（Ar、N₂、Air）制备不同氧空位与表面吸附氧含量的催化剂，实现NO与甲苯（C₇H₈）的低温协同去除。结果表明，惰性气氛煅烧显著提高了氧空位浓度及表面活性氧含量，使MIN-Ar催化剂在100-260 ℃范围内保持NO转化率高于80%，并在240 ℃实现甲苯的完全转化及100% CO₂选择性。表征结果显示，Ar气氛促使Mn⁴⁺/Mn³⁺与Fe³⁺/Fe²⁺比例调控，增强氧迁移性与表面活性氧生成；H₂-TPR与O₂-TPD结果证实其氧化还原能力与氧迁移性均显著优于N₂及Air样品。

基于DFT计算发现，甲苯氧化优先发生在含氧空位的MnO₂表面，而NH₃-SCR反应更易在F₂O₃-O_v表面进行。氧空位可显著降低O₂解离能垒（由3.66 eV降至1.16 eV），促进氧活化与循环。NH₃与C₇H₈的竞争吸附削弱了两者的反应活性，是影响协同反应效率的关键因素。综合实验与理论分析表明，调控煅烧气氛可通过“价态调控–氧空位生成–活性氧富集–氧迁移增强”的级联效应，构建高活性中心，实现NO与VOCs的高效低温协同净化。该研究为非贵金属复合氧化物催化剂的结构设计与工业烟气多污染物协同治理提供了理论依据与实践指导。

       该论文第一作者毕诗霖是常州大学2023级动力工程及工程热物理专业硕士研究生，常州大学刘俊博士、孙运兰教授为共同通讯作者，常州大学是第一作者和通讯作者单位。中国科学技术大学为合作单位。

二、作者简介

       第一作者：毕诗霖，男，黑龙江省鸡西市人。2023年本科毕业于常州大学，现为常州大学石油与天然气工程学院动力工程及工程热物理专业2023级硕士研究生，师从孙运兰教授，2021年获“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛（黑科技专项）省级三等奖，2024年获江苏省研究生节能低碳科研创新实践大赛省级三等奖，2025年参加中国工程热物理学会学术年会作口头汇报，目前以第一作者发表SCI论文3篇。

      通讯作者：刘俊，男，汉族，安徽芜湖人，博士，讲师，硕士生导师。2022年加入常州大学低碳清洁能源与安全高效燃烧团队，主要研究方向为燃烧污染物排放控制和含能材料燃烧。入选江苏省“双创计划”科技副总，共发表学术论文20余篇，出版英文专著1部。主要研究工作发表在燃烧领域国际顶级期刊《Progress in Energy and Combustion Science》、《Fuel》、《Journal of Cleaner Production》等。主持国家青年科学基金项目（C类）1项，常州市应用基础研究计划项目1项，参与企业项目十余项。

      通讯作者：孙运兰，女，山东临沂人，博士，教授, 博导/硕导。常州大学低碳清洁能源与安全高效燃烧科研团队负责人，先后入选江苏省六大人才高峰、安徽省学术技术带头人、安徽省高校优秀青年人才、江苏省“双创计划”科技副总、常州市三八红旗手、常州大学五一巾帼标兵、常宝股份有限公司企业中心技术外部专家等；担任科技部重点研发计划项目评审专家、国家自然科学基金委通讯评议专家、教育部学位中心——学位论文评审专家，多次担任中国工程热物理学会燃烧学学术会议分会场主席。近年来，主持国家自然科学基金5项，省部级和产学研合作项目30余项，主研完成国家科技部国家重点研发计划子课题和国家安全重大基础研究973子课题2项，主要研究工作发表在燃烧领域国际顶级期刊《Combustion & Flame》、《Energy》、《Fuel》、《Journal of Hazardous Materials》、《Applied Surface Science》、《Chinese Journal of Aeronautics》和《International Journal of Hydrogen Energy》等。合计发表学术论文170余篇，其中被SCI收录130余篇，授权国家发明专利/软件著作权30余件。

三、英文摘要

Natural manganese-iron ore was utilized to prepare catalysts with varying amounts of oxygen vacancies and surface adsorbed oxygen content by regulating the calcination atmosphere, aiming to achieve the efficient low-temperature synergistic removal of NO and toluene (C₇H₈). Calcination under an Ar atmosphere significantly enhances both the oxygen vacancy concentration and surface adsorbed oxygen content of the manganese-iron-based catalyst (MIN-Ar). Under the coexistence of NO and toluene, the MIN-Ar catalyst achieves the complete removal of C₇H₈ at 240 ℃, and maintains NO conversions above 80% at 100-260 ℃. Density functional theory (DFT) calculations revealed that the catalytic oxidation reactions are more favorable on the MnO₂ surfaces with oxygen vacancies, while NH₃-SCR reactions are more likely to occur on the oxygen-deficient Fe₂O₃ surfaces. Competitive adsorption between NH₃ and C₇H₈ exhibits a detrimental effect on both the C₇H₈ catalytic oxidation and the NH₃-SCR process. The oxygen vacancies significantly reduce the energy barrier for O₂ dissociation, thereby promoting oxygen activation and redox cycling. This study provides an effective strategy for developing manganese-iron ore-based catalysts that are capable of achieving highly efficient low-temperature synergistic removal of NO and C₇H₈.

四、Graphical Abstract

五、原文链接

    https://doi.org/10.1016/j.mtchem.2025.103179

撰稿：23级硕士生毕诗霖

审核：朱宝忠