更清洁的室内空气：巧妙涂层让灯罩变成空气净化器

涂有催化剂的灯罩利用白炽灯泡的热量消灭室内空气污染。资料来源：Minhyung Lee

研究人员在美国化学学会（ACS）秋季会议上展示了他们的成果。美国化学学会 2023 年秋季会议共有约 12000 场报告，涉及广泛的科学主题。

该项目的首席研究员金亨日（Hyoung-il Kim）博士说，灯罩针对的是挥发性有机化合物（VOC），这些化合物占室内空气污染物的大部分。这些化合物包括乙醛和甲醛，由油漆、清洁剂、空气清新剂、塑料、家具、烹饪和其他来源释放。

"虽然家庭或办公室中的挥发性有机化合物浓度很低，但人们 90% 以上的时间都是在室内度过的，因此接触的时间会逐渐增加，"Kim 说。

延世大学 Kim 实验室的研究生 Minhyung Lee 说："去除室内空气中挥发性有机化合物的传统方法依赖于活性炭或其他类型的过滤器，而这些过滤器必须定期更换。Lee将在ACS会议上介绍该团队的工作。已经开发出的其他设备可以借助高温激活的热催化剂或光催化剂（对光线有反应）来分解挥发性有机化合物。但 Kim 指出，这些装置大多需要一个单独的加热器或紫外线（UV）光源，这会产生不必要的副产品。他的团队希望采用一种更简单的方法，只需要一个也能产生热量的可见光源（如卤素灯或白炽灯）和一个涂有热催化剂的灯罩。"

据 Lee 称，卤素灯泡仅能将 10% 的电能转化为光能，其余 90% 则转化为热能。白炽灯泡的情况更糟，只能发出 5% 的光和 95% 的热。"这些热量通常会被浪费掉，"Kim 说，"但我们决定用它来激活热催化剂，分解挥发性有机化合物。"

在去年秋天发表的一篇论文中，研究小组报告说，他们合成了由二氧化钛和少量铂组成的热催化剂。研究人员在铝制灯罩内侧涂上催化剂，然后将灯罩罩在一个装有空气和乙醛气体的试验室中的 100 瓦卤素灯泡上。打开灯泡后，灯罩被加热到约 250 华氏度--温度足以激活催化剂并分解乙醛。在这个氧化过程中，挥发性有机化合物最初转化为乙酸，然后转化为甲酸，最后转化为二氧化碳和水。Kim 指出，这两种酸都很温和，释放的二氧化碳量也无害。研究人员还发现，在同样的条件下，甲醛也能被分解，而且这种技术对白炽灯泡也有效。

"这是利用灯源废热的首次示范，"Kim 说。以前的大多数研究项目，甚至市场上的一些灯具，都是依靠光激活光催化剂来消灭室内空气污染。

最近，Kim 的团队一直在探索成本更低的铂金替代品。该团队已经证明，这些以铁或铜为基础的新型催化剂可以分解挥发性有机化合物。此外，铜还是一种消毒剂，因此 Kim 预计铜催化剂可以杀死空气中的微生物。

现在，科学家们正在寻找将破坏污染的灯罩概念推广到 LED 的方法，LED 是照明市场中一个快速增长的细分市场。然而，与卤素灯和白炽灯不同，发光二极管释放的热量太少，无法激活热催化剂。因此，Kim 的团队正在开发受 LED 发出的近紫外光刺激的光催化剂，以及将 LED 的部分可见光输出转化为热量的其他催化剂。

Kim说："我们的最终目标是开发出一种混合催化剂，它可以利用光源产生的全部光谱，包括紫外线和可见光以及废热。"