臭氧（O?）作為一種綠色環(huán)保的強(qiáng)氧化劑具有廣泛用途。高壓放電法使用空氣作為氧源，容易產(chǎn)生NOx污染，而低壓電解技術(shù)使用水作為氧源，可產(chǎn)生高純臭氧，臭氧濃度較高且可現(xiàn)制現(xiàn)用。中國(guó)RoHS認(rèn)證《國(guó)家統(tǒng)一推行的電子信息污染控制自愿性認(rèn)證實(shí)施規(guī)則》及歐盟標(biāo)準(zhǔn)RoHS《關(guān)于限制在電子電氣設(shè)備中使用某些有害成分的指令》，都對(duì)電器電子產(chǎn)品中的鉛、汞、鎘、六價(jià)鉻等使用做出了嚴(yán)格限制。而目前國(guó)內(nèi)外電催化產(chǎn)臭氧陽(yáng)極主要采用氧化鉛催化劑，限制了其在更多領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。環(huán)境友好型的非鉛陽(yáng)極催化劑開(kāi)發(fā)成為低壓電解制備臭氧的關(guān)鍵技術(shù)難題。

圖1：臭氧與電催化劑形成“五元環(huán)”結(jié)構(gòu)

浙江工業(yè)大學(xué)王建國(guó)教授、鐘興教授團(tuán)隊(duì)在國(guó)家自然科學(xué)基金杰出青年基金項(xiàng)目、國(guó)家自然基金委重大研發(fā)計(jì)劃集成項(xiàng)目、浙江省杰出青年等項(xiàng)目資助下，通過(guò)多尺度計(jì)算揭示臭氧與氧化鉛之間存在強(qiáng)相互作用，并且氧化鉛與臭氧分子形成了動(dòng)態(tài)的“五元環(huán)”結(jié)構(gòu)（圖1），形成相對(duì)穩(wěn)定的“動(dòng)態(tài)活性位”，即氧化鉛“晶格氧”和水分子中的“氧”發(fā)生交換。

基于穩(wěn)定的“動(dòng)態(tài)活性位”思路，進(jìn)一步設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了少鉛及非鉛陽(yáng)極電催化劑（圖1）。從熱力學(xué)角度揭示電解水產(chǎn)臭氧過(guò)程氧中間體在電催化劑表界面O?/O?吸附競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制，解決中性條件工業(yè)大電流密度下SPE電解水產(chǎn)臭氧發(fā)生器法拉第效率低的問(wèn)題。從動(dòng)力學(xué)角度揭示低壓電解臭氧發(fā)生器運(yùn)行過(guò)程大電流密度下三維多孔結(jié)構(gòu)調(diào)控傳質(zhì)傳熱機(jī)制，解決SPE電解水產(chǎn)臭氧發(fā)生器散熱問(wèn)題。同時(shí)優(yōu)化SPE低壓電解臭氧器核心膜電極批量化制備工藝流程，開(kāi)發(fā)新型高性能陰/陽(yáng)極催化劑，取得了產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)突破。該新型無(wú)鉛電解臭氧發(fā)生器完全符合RoHS規(guī)定，產(chǎn)品可廣泛應(yīng)用于工業(yè)、醫(yī)療、家電等領(lǐng)域。 

圖2：電催化產(chǎn)臭氧陽(yáng)極催化劑及技術(shù)開(kāi)發(fā)

王建國(guó)教授及所帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)在工業(yè)電催化方向以“多尺度、智能計(jì)算-電催化劑-膜電極-SPE電反應(yīng)器”為研究思路（圖2），研發(fā)生產(chǎn)綠色氧化劑（雙氧水、臭氧）及高附加值產(chǎn)品（氘氣、電子特氣等）。目前該團(tuán)隊(duì)的低壓電解臭氧發(fā)生器技術(shù)已與浙江某企業(yè)完成1008萬(wàn)知識(shí)產(chǎn)權(quán)所有權(quán)轉(zhuǎn)讓，加速推進(jìn)無(wú)鉛低壓電解臭氧發(fā)生器批量化生產(chǎn)與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。