O₃是一种广泛使用的氧化剂,也是工业生产中常见的副产物。人居环境中的O₃会危害人体健康和生态系统,还会与有机物反应,生成醛、酸和超微粒子等二次污染物。目前催化分解是消除O₃的方法,主要集中于金属氧化物催化剂,其催化作用依赖于催化剂表面的氧空位,当氧占据氧空位并难以消除时,催化剂失活。失活催化剂再生需在高温条件下使用氢气还原,因此亟需开发一种能够克服以上缺点的催化剂。二维材料g-C₃N₄具有3-s-三嗪环结构,环中有六个N原子可以和金属原子配位,这些配位键能够固定金属原子并高效的分散金属原子,为合成稳定均一的催化剂提供了可能;金属原子能够暴露在g-C₃N₄表面,增大金属原子与O₃的有效接触;可以利用金属原子和N原子之间的配位数目和方式,影响分解O₃的催化过程和再生方式。本研究通过浸渍还原法制备了g-C₃N₄负载的Co亚纳米团簇、g-C₃N₄和O取代的g-OC₃N₄分别负载单原子Mn和Cu的催化剂。通过XRD、BET、TEM、XPS分析了催化剂的结构和性质,并在评估了它们分解O₃的性能。并结合密度泛函理论计算,给出了亚纳米Co_x（x=1-4）团簇在g-C₃N₄上的稳定吸附结构和O₃在Co_x/g-C₃N₄（x=1-4）上的稳定吸附构型;单原子催化剂M/g-（O）C₃N₄（M=Cu、Mn）对催化分解O₃的机理。研究表明,g-C₃N₄和g-OC₃N₄负载的金属Co、Mn、Cu催化剂,金属的负载方式和载体的掺杂都能够显著影响催化剂分解O₃的活性。低负载量的Co/g-C₃N₄,Co以非晶态的亚纳米粒子存在,分解O₃时,Co生成了非晶态氧化物,不依赖于晶格O空位分解O₃,能够通过低温加热的方式再生催化剂。相对于Cu/g-C₃N₄,单原子负载的Cu/g-OC₃N₄,掺杂的O改变了分解O₃过程中Cu和N的配位方式,并提高了催化剂的效率。单原子Mn/g-C₃N₄和Mn/g-OC₃N₄,通过改变Mn-N和Mn-O配位键数目和配位方式,达到了高效分解O₃的目的,单原子分散的Mn为臭氧吸附提供了更多的配位空间。本实验采用串联石英管反应器作为催化装置,以石英砂混合填充催化剂。在O₃浓度为40ppm,相对湿度为¹%,空速为600L?L^-1?h^-1时,制得的Mn/g-C₃N₄和Cu/g-OC₃N₄可以连续运行1天,活性仍然达到100%。