ACS Catal：不同形貌Co3O4对应氧空穴位点氧化挥发性有机污染物

纳米技术

2021-05-22

对于挥发性有机污染物的消除，不同形貌的Co₃O₄催化剂表现了优异的催化活性，这是因为其中含有丰富的Co³⁺位点、吸附氧、界面晶格氧等。因此对此类结构位点的催化作用、反应机理进行深入理解非常必要。有鉴于此，中国科学院生态环境研究中心贺泓、王莲等报道了通过合成MOF方法，得到不同形貌的Co₃O₄。发现棒状Co₃O₄-R展示了在邻二甲苯氧化反应中T_90%=270 ℃，同时表现了比球状Co₃O₄-S更好的稳定性、抗水性。

本文要点：

（1）

Co₃O₄-R催化活性更高的原因在于，暴露在（220）晶面的表面晶格氧物种（双重配位晶格氧O_2f）具有更高的CO₂生成，作者通过HRTEM、O₂-TPD、邻二甲苯-TPD实验验证了这个结论的可靠。Co₃O₄-R催化剂上能够在O_2f位点上吸附和氧化更多的邻二甲苯，形成烷氧化物、羧酸化物、脱水的酸酐等中间体，同时形成O空穴位点。

（2）

通过引入O₂气体，中间体物种能够更加快速的在界面位点上消除，这是因为氧的移动能力较好。理论计算结果显示，Co₃O₄-R上的氧空穴生成能（E_ov=2.61 eV）较低，氧吸附能较高（E_ads,O2=-1.71 eV），这个理论结果与实验结果发现Co₃O₄-R样品中更容易形成氧空穴、氧气补充现象相同。本文研究结果为深入理解有机挥发性气体在活性氧位点上进行消除的机理提供经验和指导，为制备各种不同形貌的高效催化剂提供经验和指导。

参考文献

Ying Ma, Lian Wang*, Jinzhu Ma, Honghong Wang, Changbin Zhang, Hua Deng, and Hong He*, Investigation into the Enhanced Catalytic Oxidation of o-Xylene over MOF-Derived Co₃O₄ with Different Shapes: The Role of Surface Twofold-Coordinate Lattice Oxygen (O_2f), ACS Catal. 2021, 11, 6614–6625

DOI: 10.1021/acscatal.1c01116

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.1c01116