Construction of Hierarchical Porous Composite Aerogel for High‐Efficient Removal of Low‐Level Gaseous Formaldehyde

气凝胶 吸附 催化作用 甲醛 化学工程 介孔材料 材料科学 多孔性 纳米纤维 复合数 纳米技术 化学 有机化学 复合材料 工程类
作者
Kang Xu,Xiaoxia Zhou,Heng Zhang,Hangrong Chen
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:21 (33): e2503361-e2503361 被引量:4
标识
DOI:10.1002/smll.202503361
摘要

Abstract Formaldehyde (HCHO), a pervasive indoor pollutant with chronic toxicity, poses severe health risks even at sub‐ppm levels, making its effective removal challenging. Herein, a dual‐functional aerogel integrating selective adsorption and catalytic oxidation is developed for ambient HCHO elimination. Specifically, Pt‐loaded hollow mesoporous MnO 2 (Pt@hmMnO 2 ) nanospheres are first synthesized, achieving 97.8% HCHO removal (1 mg m −3 ) under light through synergistic adsorption‐photothermal catalysis. A hierarchical porous aerogel architecture is constructed via a two‐step freezing method, embedding the Pt@hmMnO₂/cellulose nanofibers (CNF) mixture within the unidirectionally frozen chitosan (CS) matrix. The obtained 3D framework (named as CS/Pt‐CNF) features abundant ─NH 2 groups and through‐hole channels enabling selective HCHO capture and accumulation. The unique bilayer design achieves rapid HCHO reduction from 1 to 0.044 mg m −3 within 60 min, which is below the international standard (0.08 mg m −3 ). The pre‐concentration effect synergizes with the catalytic nanospheres to degrade adsorbed HCHO into CO₂ and H₂O, maintaining 97.4% efficiency after five cycles without adsorbent saturation. Mechanistic studies reveal that the macroporous CS layer facilitates gas diffusion while mesoporous Pt@hmMnO 2 ensures molecular activation, collectively enabling faster reaction kinetics than conventional powder catalysts. Such an eco‐friendly CS/Pt‐CNF aerogel demonstrates the practical potential for enclosed environments through simultaneous pollutant confinement and destruction.
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