甲醛（HCHO）是室内空气污染的主要成分之一，长期暴露可导致呼吸道疾病、过敏反应甚至癌症。催化氧化技术因其高效、低能耗、无二次污染等优势，成为甲醛治理的研究热点。本文综述了催化氧化清除甲醛的反应机理、催化剂类型（贵金属、过渡金属氧化物、复合催化剂等）、反应条件优化及工业化应用进展，并对未来研究方向提出展望。

甲醛广泛存在于建筑材料、家具及装修材料中，其释放周期可达3-15年。传统甲醛治理方法（如通风、吸附、光催化）存在效率低、能耗高或二次污染等问题。催化氧化技术可在常温或较低温度下将甲醛矿化为CO₂和H₂O，具有显著优势。近年来，研究者通过优化催化剂活性组分、载体及反应条件，大幅提升了催化氧化效率。

‌1. 催化氧化机理‌

甲醛催化氧化的反应路径可分为以下步骤：

1. ‌吸附阶段‌：甲醛分子在催化剂表面吸附（物理吸附或化学吸附）。

2. ‌活化阶段‌：催化剂活性位点（如金属氧化物晶格氧）活化甲醛分子，形成甲酸盐（HCOO⁻）中间体。

3. ‌氧化阶段‌：中间体进一步氧化为CO₂和H₂O。

关键反应方程式：

$$\text{HCHO}+{\text{O}}_2\stackrel{\text{Catalyst}}{\to }{\text{CO}}_2+{\text{H}}_2\text{O}$$HCHO+O2CatalystCO2+H2O

‌2. 催化剂类型及性能比较‌

‌2.1 贵金属催化剂‌

• ‌Pt/TiO₂‌：在室温下对甲醛氧化效率可达90%以上，但成本较高。

• ‌Au/CeO₂‌：Au纳米颗粒与CeO₂的氧空位协同作用，提升低温活性。

• ‌Pd/MnO₂‌：Pd促进MnO₂的氧化还原循环，适用于高湿度环境。

2.2 过渡金属氧化物催化剂‌

• ‌MnOₓ‌：价格低廉，但高温易失活。

• ‌Co₃O₄‌：具有丰富的氧空位，对甲酸盐中间体的分解效率高。

• ‌CuO-CeO₂‌：Cu²⁺/Cu⁺氧化还原对提升电子转移速率。

2.3 复合催化剂‌

• ‌Pt-Co₃O₄/TiO₂‌：贵金属与过渡金属氧化物协同作用，降低贵金属用量。

• ‌MnO₂-CeO₂/rGO‌：石墨烯载体增强电子传导，提高稳定性。

‌3. 反应条件优化‌

‌4. 工业化应用挑战‌

1. ‌成本控制‌：贵金属催化剂需降低载量或寻找替代材料。

2. ‌长效稳定性‌：抗烧结、抗中毒（如SO₂、VOCs干扰）能力需提升。

3. ‌规模化生产‌：催化剂成型技术（如蜂窝陶瓷负载）待突破。

5. 未来展望‌

1. ‌原子级催化剂设计‌：单原子催化剂（SACs）金属利用率。

2. ‌机器学习辅助筛选‌：高通量计算预测高效催化剂组合。

3. ‌动态反应监测‌：原位光谱技术（DRIFTS、XAS）揭示反应路径。