2025年12月15日，环境与安全工程学院张学军教授、刘威副教授团队在Chemical Engineering Journal （2026, 527, 171899.）期刊上发表挥发性有机物催化净化最新研究成果，题为“Cu-modified Co₃O₄-MnO₂ interfaces enable sustained lattice oxygen activation for catalytic toluene mineralization” (DOI: 10.1016/j.cej.2025.171899)。本研究制备了Cu修饰的Co₃O₄@MnO₂核壳结构催化剂，通过提升晶格氧活化能力和加速氧循环，实现甲苯在217 °C深度氧化并规避苯酚中间体。我校为本研究第一完成单位，理学院刘威副教授为第一作者，环境与安全工程学院陈希副教授和张学军教授为共同通讯作者。

图 Cu修饰的Co₃O₄-MnO₂界面增强甲苯催化氧化的机理

本研究发现Cu²⁺取代MnO₂壳层中的部分Mn离子后增强了Co₃O₄-MnO₂界面效应，强界面效应稳定了Co₃O₄核的结构，优化了界面电子排布，诱导了界面缺陷形成，最终增强了催化剂的低温还原性能，并促进界面邻近区域氧物种的活化。得益于此，甲苯氧化反应能垒显著降低，甲苯90%转化率的温度从Co₃O₄@MnO₂的247 °C降至Co₃O₄@Cu-MnO₂的217 °C。Co₃O₄@Cu-MnO₂可在230 °C时实现甲苯的完全氧化。原位DRIFTS、GC-MS揭示了甲苯在Co₃O₄@Cu-MnO₂表面的氧化遵循着甲苯→苯甲醇→苯甲醛→苯甲酸→马来酸酐→CO₂+H₂O的路径，完全规避了苯酚中间体的生成。该工作阐明了“界面缺陷-晶格氧活化-MvK循环”机制，为VOCs净化催化剂设计提供新思路。

图 Cu修饰Co₃O₄@MnO₂催化甲苯氧化的性能和稳定性