PNAS: 钛基钙钛矿中氧空位工程促进H2O活化和有机硫的低温水解

NavyLIu

2023-01-16

水活化调节对于多相催化中涉及水的化学反应至关重要。而有机硫（COS和CS₂）水解是涉及水（H₂O）分子的典型反应。然而，其受限于H₂O中的强O-H键，即在310°C以上的高温下才可获得优异CS₂水解性能，同时牺牲了克劳斯转化率，从而严重阻碍了克劳斯工艺的硫回收效率提高。近日，中国科学院大学郝郑平、Zhang Fenglian、Jiang Guoxia在钛基钙钛矿上进行简单的氧空位（V_O）工程，可以活化H₂O分子，从而实现在较低温度下增强COS和CS₂水解。

本文要点：

1) 增加V_O的量有助于提高H₂O解离的程度，从而生成高活性的-OH，这是因为在富含V_O表面上H₂O分子解离的能量势垒较低，特别是V_O簇。此外，V_O附近的低配位Ti离子是H₂O活化的活性位点，其可以有效促进COS和CS₂水解。

2) 因此，在225°C下进行H₂还原处理后，其在SrTiO₃上实现了COS和CS₂的完全转化，并且是克劳斯转化的有利温度，在该温度下可以同时获得优异的COS和CS₂水解性能和提高硫回收效率。此外，通过深入的机理研究，作者揭示了V_O促进H₂O活化增强水解活性的来源，这为进一步设计含H₂O反应的有效催化剂提供了有效策略。

参考文献：

Wei Zheng et.al Oxygen vacancy-engineered titanium-based perovskite for boosting H2O activation and lower-temperature hydrolysis of organic sulfur PNAS 2023

DOI: 10.1073/pnas.2217148120

https://doi.org/10.1073/pnas.2217148120