甲醛（HCHO）是室內環境中主要的氣態污染物之一，具有致畸、致癌危害。常溫催化氧化技術是控制室內甲醛污染的有效途徑，貴金屬納米催化劑具有較強的分子氧（O2）活化能力，是目前最理想的常溫催化材料。然而，貴金屬的成本嚴重制約其大規模應用，精細調控催化劑的電子結構，實現超低負載量貴金屬對O2的有效活化，對高效甲醛凈化技術的實際應用具有重要意義。

中國科學院地球環境研究所空氣凈化新技術團隊（AirPNT）長期深耕室內空氣污染控制技術，在前期碳封裝金屬態鈷基納米材料體系的優勢構效基礎上拓展創新，構建碳納米管封裝鐵鎳（FeNi）合金耦合鉑（Pt）納米粒子（FeNi@NC/Pt）催化新材料（圖1），顯著增強對甲醛的常溫催化氧化性能。尤其Pt負載量低至0.034 wt.%時，仍展現出較高的甲醛去除率（80%）（圖2）。結構分析和理論計算表明，FeNi合金與Pt即使沒有直接接觸，二者間也存在定向電子遷移。這種由碳介導的電子穿透效應賦予Pt富電子的特性，通過延長O?O鍵（1.405 ?）使其更易斷裂，進而形成活性氧物種（圖3），使甲醛經二氧亞甲基和甲酸鹽深度氧化分解為CO2。

本研究為實現室溫下超低負載量貴金屬高效凈化甲醛提供了新思路。此外，團隊構建的新型常溫納米催化材料體系，已落地格力電器的商品化除醛型空氣凈化器，其甲醛CCM值超國標最高等級6.6倍，系列技術獲行業協會鑒定“國際領先”，并被CCTV-1“品牌強國工程”報道。

相關成果發表于PNAS Nexus，朱丹丹博士后為第一作者，黃宇研究員為通訊作者。該工作受國家自然科學基金（52200137）、中國科學院先導專項（XDA23010300、XDA23010000）和中國博士后基金（2022M713126）等共同資助。

D. Zhu, Y. Huang*, X. Shi, R. Li, Z. Wang, W. Peng, J. Cao, S.C. Lee. 2025. Enhancing molecular oxygen activation by nitrogen-doped carbon encapsulating FeNi alloys with ultra-low Pt loading. PNAS Nexus, pgae594.

https://doi.org/10.1093/pnasnexus/pgae594 .

圖1. FeNi@NC/Pt催化材料的制備過程和形貌結構

圖2. FeNi@NC/Pt催化材料的甲醛去除效率和穩定性

圖3. FeNi@NC/Pt催化材料的電荷轉移、氧活化，及甲醛氧化機理