挥发性有机化合物（VOCs）被认为是大气污染物的关键类别，它们是雾霾、酸雨和PM2.5形成的关键前体[1]，[2]，[3]。此外，大多数VOCs具有潜在的致癌、致畸和致突变性质，对人类健康构成严重威胁[4]，[5]。因此，有效去除VOCs对于改善空气质量和保护公众健康至关重要。目前，报道的VOCs控制技术包括吸附[6]、催化氧化[7]和等离子体处理[8]。其中，催化氧化由于其高催化效率和选择性而成为VOCs处理的研究重点[9]。根据不同的催化反应机制，催化氧化分为热催化氧化和光催化氧化[10]。光催化利用清洁和可再生的太阳能来驱动温和的化学反应，具有经济和环境优势[11]，[12]。热催化依赖于外部加热来驱动反应，从而实现更高的催化效率[13]，[14]，[15]。然而，广泛的研究揭示了其固有的局限性：光催化受到光响应范围有限和量子效率低的困扰，而热催化则面临高能耗、二次污染、催化剂烧结和失活等挑战。为了解决这些挑战，研究人员整合了光催化和热催化的优点，开发出了光热协同催化技术，实现了“1+1>2”的效果[16]，[17]，[18]。这项技术不仅提高了催化效率，还降低了反应温度并提高了产品选择性，使其成为VOCs处理的研究重点。
开发高效且稳定的催化剂对于提高催化性能至关重要。过渡/稀土金属氧化物（MOx，M=Mn/Ce/Co）催化剂由于其强大的氧化还原性质而表现出优异的VOCs氧化活性[19]，[20]，[21]。特别是基于锰的氧化物，这类半导体材料具有优异的氧化还原性质、光诱导的热效应和结构可调性，使其成为光热催化的理想材料[10]，[22]，[23]。例如，Li等人[24]合成了ε-MnO2，它在无需外部加热的情况下能够在UV-Vis-IR照射下有效降解乙酸乙酯，实现深度氧化为CO2且没有有毒副产物。同位素标记（18O2）实验和DFT计算表明，光照显著增强了参与氧化过程的晶格氧的活性和数量，直接参与了催化氧化过程，从而实现了乙醛的彻底氧化。He等人[25]通过晶体面工程策略合成了不同暴露面的Mn3O4纳米棒。他们发现，暴露{103}面的Mn3O4表现出最佳的HCHO光热催化氧化活性，在高气体时空速（GHSV，90 L/gcat·h）下保持100%的转化率。这种优异的性能归因于其增强的光捕获能力、促进电荷分离的光诱导热效应以及晶格氧的活化。Jiang等人[26]通过溶剂调控合成了M-MnOx纳米片，实现了63.4%的甲苯转化率和50.4%的矿化效率。Zhao等人[27]通过水热法合成了Mn3O4，实现了47.5%的甲苯转化率和大约40%的矿化效率。然而，通过将Mn3O4与Co3O4集成构建S型异质结复合体，研究人员分别实现了74.7%的转化率和60.4%的矿化效率。与原始的Mn3O4相比，转化率和矿化效率分别提高了27.2%和20.4%。一方面，异质结界面形成的内置电场和能带弯曲优化了光生载流子的迁移路径，同时保持了它们的高氧化还原潜力；另一方面，异质结界面引起的晶格畸变显著增强了氧空位的浓度，促进了氧分子的吸附和活化，并提高了表面晶格氧的迁移性。上述结果表明，单一的锰氧化物催化剂可以实现简单VOCs的有效转化和矿化。然而，对于芳香族VOCs（如苯、甲苯、二甲苯），催化活性和矿化效率仍然较低，这归因于芳香环中共轭π键的结构稳定性，阻碍了它们的深度氧化过程。因此，研究人员提出了复合结构、元素掺杂和贵金属沉积来调节电子和表面性质。Nie等人[28]通过溶胶-凝胶法合成了CuMn2O4/Mn2O3异质结催化剂。CuMn2O4/Mn2O3-500催化剂表现出最佳的光热催化活性，实现了90%的甲苯转化率和75%的CO2矿化率。这归因于异质结结构促进了光生载流子的分离。此外，其丰富的氧空位促进了氧分子的吸附和活化，而Mn3+物种作为活性位点协同催化甲苯氧化。Li等人[29]合成了LaMnxO3（11.3O3，实现了最高的甲苯转化率和矿化效率，分别为98%和70%，这归因于钙钛矿结构中的A位缺陷，这些缺陷诱导了Mn3O4在B位的析出，增强了表面活性位点、氧的迁移性和低温还原性。Li等人[30]使用MIL-125作为前驱体，通过溶热和氢还原方法合成了xPt/Mn-TiO2催化剂。优化的催化剂实现了90.4%的甲苯转化率和85.6%的矿化效率。机理研究表明，Pt纳米颗粒的局域表面等离子体共振（LSPR）效应促进了氧空位的生成，从而增强了氧的活化能力并促进了晶格氧在反应中的参与。Yu等人[1]通过溶热法将Pt沉积在Mn2O3表面，然后与CN复合，制备了Pt-Mn2O3/CN催化剂。在全谱照射下，该催化剂实现了92.8%的甲苯转化率和79.6%的矿化效率。CN基质作为分散载体，抑制了Pt纳米颗粒的聚集并增加了比表面积，而Mn2O3作为光热转化中心，Pt纳米颗粒提供了活性位点，协同增强了催化活性。然而，在潮湿条件下（5%和10% H2O），转化率分别降低了7.7%和18.2%，相应的矿化效率也降低了7.8%和17.2%，这可能是由于水分子的竞争性吸附和活性位点的部分失活。Zhang等人[31]合成了Pt-P25-800N，在水蒸气条件下表现出较低的矿化效率，这可能是由于水分子竞争活性位点并阻碍了中间体的氧化。上述结果表明，负载Pt的催化剂通常表现出更高的转化率和矿化效率。这种增强的性能归因于它们能够快速吸附和活化气态氧，并补充消耗的晶格氧。此外，电子缺乏的Pt物种（Ptδ+）可以极化甲苯中的π电子，形成σ-π配位，降低了C-H键的解离能并加速了芳香结构的开环[32]。这些协同效应共同提高了催化转化率和矿化效率。然而，高温烧结和水毒化等挑战仍然存在，严重影响了催化活性和操作稳定性[33]。因此，迫切需要开发具有优异催化性能和强水热稳定性的催化剂。在这里，我们通过溶热法合成了富含氧空位的低结晶度Mn3O4-x，随后通过冰浴光还原方法实现了Pt纳米颗粒的稳定均匀沉积。
这种Pt/Mn3O4-x催化剂即使在高甲苯浓度和高气体时空速（GHSV）下也实现了高转化率、矿化效率和热稳定性。通过SEM、TEM、XRD、BET和XPS系统地表征了催化剂的形态、晶体结构、孔结构和元素化学状态。在不同光照强度和光谱区域下评估了Pt/Mn3O4-x对甲苯降解的光热催化性能。此外，原位DRIFTS用于监测催化反应过程，阐明了氧空位和Ptδ+物种在增强基于锰的氧化物的催化活性和转化途径中的作用。
