Citation: Quanming Ren, Shengpeng Mo, Jie Fan, Zhentao Feng, Mingyuan Zhang, Peirong Chen, Jiajian Gao, Mingli Fu, Limin Chen, Junliang Wu, Daiqi Ye. Enhancing catalytic toluene oxidation over MnO2@Co3O4 by constructing a coupled interface[J]. Chinese Journal of Catalysis, 2020, 41(12): 1873-1883. doi: 10.1016/S1872-2067(20)63641-5
构筑耦合界面提高MnO2@Co3O4催化氧化甲苯性能
H2-TPR结果表明,相比于α-MnO2纳米线和热解ZIF-67产生的Co3O4-b,α-MnO2@Co3O4催化剂因具有耦合界面而表现出更好的氧流动性.O2-TPD结果表明,具有耦合界面的α-MnO2@Co3O4催化剂表面有更多的表面氧空位,从而使气相氧更容易活化为表面活性氧物种.XPS结果表明,具有耦合界面的α-MnO2@Co3O4催化剂表面有更多的活性氧物种,并且增强了Mn4+/Mn3+和Co2+/Co3+氧化还原对.原位漫反射红外结果表明,催化剂在180℃下吸附甲苯/N2 250min后,通入N2吹扫30min,然后将气氛切换为20% O2/N2,温度保持在180℃,反应进行250min时,α-MnO2表面吸附甲苯和苯甲醛的特征峰强度没有明显降低的趋势.相反,在反应进行50min时,α-MnO2@Co3O4表面吸附甲苯和苯甲醛的特征峰强度明显减弱,至250min时,这些特征峰几乎完全消失.这进一步表明,在α-MnO2@Co3O4表面,气相氧可能更容易活化为吸附氧物种,且甲苯在α-MnO2@Co3O4催化剂的可能催化反应路径如下:甲苯→苯甲酸→含氧官能团的烷烃→CO2和H2O,而更多的吸附氧物种有利于甲苯的催化氧化,且它们在催化氧化过程中起着重要的作用.另一方面,在催化反应中,阳离子的可逆价态转变(Mn3+ ⇋ Mn4++e和Co2+ ⇋ Co3++e)为活化氧分子提供了电子.因此,具有耦合界面的α-MnO2@Co3O4催化剂表现出更好的甲苯催化性能.此外,该制备方法可推广到其它一维MnO2材料,为开发具有实际意义的高性能催化剂提供了一种新的策略.
-
关键词:
- MnO2@Co3O4
- / 甲苯氧化
- / 协同作用
- / 耦合界面
- / 原位漫反射红外光谱
English
Enhancing catalytic toluene oxidation over MnO2@Co3O4 by constructing a coupled interface
-
Key words:
- MnO2@Co3O4
- / Toluene oxidation
- / Synergistic effect
- / Coupled interface
- / In situ DRIFTS
-
-
[1] H. Huang, Y. J. Xu, Q. Feng, D. Y. C. Leung, Catal. Sci. Technol., 2015, 5, 2649-2669.
-
[2] M. S. Kamal, S. A. Razzak, M. M. Hossain, Atmos. Environ., 2016, 140, 117-134.
-
[3] Q. Ren, S. Mo, R. Peng, Z. Feng, M. Zhang, L. Chen, M. Fu, J. Wu, D. Ye, J. Mater. Chem. A, 2018, 6, 498-509.
-
[4] J. Chen, X. Chen, X. Chen, W. Xu, Z. Xu, H. Jia, J. Chen, Appl. Catal. B, 2018, 224, 825-835.
-
[5] Q. Ren, Z. Feng, S. Mo, C. Huang, S. Li, W. Zhang, L. Chen, M. Fu, J. Wu, D. Ye, Catal. Today, 2019, 332, 160-167.
-
[6] Y. Luo, Y. Zheng, J. Zuo, X. Feng, X. Wang, T. Zhang, K. Zhang, L. Jiang, J. Hazard. Mater., 2018, 349, 119-127.
-
[7] Z. Ye, J. M. Giraudon, N. Nuns, P. Simon, N. De Geyter, R. Morent, J. F. Lamonier, Appl. Catal. B, 2018, 223, 154-166.
-
[8] H. Deng, S. Kang, C. Wang, H. He, C. Zhang, Chem. Eng. J., 2018, 348, 361-369.
-
[9] R. Peng, S. Li, X. Sun, Q. Ren, L. Chen, M. Fu, J. Wu, D. Ye, Appl. Catal. B, 2018, 220, 462-470.
-
[10] Q. Meng, J. Liu, X. Weng, P. Sun, J. Darr, Z. Wu, Catal. Sci. Technol., 2018, 8, 1858-1866.
-
[11] M. Wang, L. Zhang, W. Huang, T. Xiu, C. Zhuang, J. Shi, Chem. Eng. J., 2017, 320, 667-676.
-
[12] B. Bai, J. Li, J. Hao, Appl. Catal. B, 2015, 164, 241-250.
-
[13] Y. Wei, L. Ni, M. Li, J. Zhao, Catal. Today, 2017, 297, 188-192.
-
[14] F. Wang, H. Dai, J. Deng, G. Bai, K. Ji, Y. Liu, Environ. Sci. Technol., 2012, 46, 4034-4041.
-
[15] J. Zhang, Y. Li, L. Wang, C. Zhang, H. He, Catal. Sci. Technol., 2015, 5, 2305-2313.
-
[16] S. C. Kim, W. G. Shim, Appl. Catal. B, 2010, 98, 180-185.
-
[17] Y. Deng, W. Tang, W. Li, Y. Chen, Catal. Today, 2018, 308, 58-63.
-
[18] S. Putla, M. H. Amin, B. M. Reddy, A. Nafady, K. A. Al Farhan, S. K. Bhargava, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2015, 7, 16525-16535.
-
[19] X. Chen, X. Chen, E. Yu, S. Cai, H. Jia, J. Chen, P. Liang, Chem. Eng. J., 2018, 344, 469-479.
-
[20] X. Zhang, X. Lv, F. Bi, G. Lu, Y. Wang, Mol. Catal., 2020, 482, 110701.
-
[21] W. Han, H. Zhao, F. Dong, Z. Tang, Nanoscale, 2018, 10, 21307-21319.
-
[22] M. Zhong, D. Yang, C. Xie, Z. Zhang, Z. Zhou, X. H. Bu, Small, 2016,12, 5564-5571.
-
[23] X. Wang, S. Zhao, Y. Zhang, Z. Wang, J. Feng, S. Song, H. Zhang, Chem. Sci., 2016, 7, 1109-1114.
-
[24] N. Huang, Z. Qu, C. Dong, Y. Qin, X. Duan, Appl. Catal. A, 2018, 560, 195-205.
-
[25] S. Rong, P. Zhang, F. Liu, Y. Yang, ACS Catal., 2018, 8, 3435-3446.
-
[26] S. Mo, Q. Zhang, Q. Ren, J. Xiong, M. Zhang, Z. Feng, D. Yan, M. Fu, J. Wu, L. Chen, D. Ye, J. Hazard. Mater., 2019, 364, 571-580.
-
[27] S. Mo, Q. Zhang, S. Li, Q. Ren, M. Zhang, Y. Xue, R. Peng, H. Xiao, Y. Chen, D. Ye, ChemCatChem, 2018, 10, 3012-3026.
-
[28] X. Feng, J. Guo, X. Wen, M. Xu, Y. Chu, S. Yuan, Appl. Surf. Sci., 2018, 445, 145-153.
-
[29] S. Mo, Q. Zhang, M. Zhang, Q. Zhang, J. Li, M. Fu, J. Wu, P. Chen, D. Ye, Nanoscale Horiz., 2019, 4, 1425-1433.
-
[30] X. Zhang, Y. Liu, J. Deng, X. Yu, Z. Han, K. Zhang, H. Dai, Appl. Catal. B, 2019, 257, 117879.
-
[31] P. Li, C. He, J. Cheng, C. Y. Ma, B. J. Dou, Z. P. Hao, Appl. Catal. B, 2011, 101, 570-579.
-
[32] X. Ma, X. Yu, X. Yang, M. Lin, M. Ge, ChemCatChem, 2019, 11, 1214-1221.
-
[33] C. Ma, Z. Mu, J. Li, Y. Jin, J. Cheng, G. Lu, Z. Hao, S. Qiao, J. Am. Chem. Soc., 2010, 132, 2608-2613.
-
[34] V. P. Santos, M. F. R. Pereira, J. J. M. Órfão, J. L. Figueiredo, Appl. Catal. B, 2010, 99, 353-363.
-
[35] H. C. Genuino, S. Dharmarathna, E. C. Njagi, M. C. Mei, S. L. Suib, J. Phys. Chem. C, 2012, 116, 12066-12078.
-
[36] X. Wang, Y. Liu, T. Zhang, Y. Luo, Z. Lan, K. Zhang, J. Zuo, L. Jiang, R. Wang, ACS Catal., 2017, 7, 1626-1636.
-
[37] S. Mo, S. Li, Q. Ren, M. Zhang, Y. Sun, B. Wang, Z. Feng, Q. Zhang, Y. Chen, D. Ye, Nanoscale, 2018, 10, 7746-7758.
-
[38] S. D. Perera, M. Rudolph, R. G. Mariano, N. Nijem, J. P. Ferraris, Y. J. Chabal, K. J. Balkus, Nano Energy, 2013, 2, 966-975.
-
[39] J. Y. Liao, D. Higgins, G. Lui, V. Chabot, X. Xiao, Z. Chen, Nano Lett., 2013, 13, 5467-5473.
-
[40] S. Mo, S. Li, W. Li, J. Li, J. Chen, Y. Chen, J. Mater. Chem. A, 2016, 4, 8113-8122.
-
[41] W. Tang, X. Wu, D. Li, Z. Wang, G. Liu, H. Liu, Y. Chen, J. Mater. Chem. A, 2014, 2, 2544-2554.
-
[42] Z.-Y. Tian, P. H. Tchoua Ngamou, V. Vannier, K. Kohse-Höinghaus, N. Bahlawane, Appl. Catal. B, 2012, 117-118, 125-134.
-
[43] J. Chen, X. Chen, D. Yan, M. Jiang, W. Xu, H. Yu, H. Jia, Appl. Catal. B, 2019, 250, 396-407.
-
[44] G. Xia, Y. Yin, W. Willis, J. Wang, S. Suib, J. Catal., 1999, 185, 91-105.
-
[45] L. Li, J. Luo, Y. Liu, F. Jing, D. Su, W. Chu, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2017, 9, 21798-21808.
-
[46] Z. Qu, K. Gao, Q. Fu, Y. Qin, Catal. Commun., 2014, 52, 31-35.
-
[47] H. Yang, H. Dai, J. Deng, S. Xie, W. Han, W. Tan, Y. Jiang, C. T. Au, ChemSusChem, 2014, 7, 1745-1754.
-
[48] D. A. Aguilera, A. Perez, R. Molina, S. Moreno, Appl. Catal. B, 2011, 104, 144-150.
-
[49] J. Deng, S. He, S. Xie, H. Yang, Y. Liu, G. Guo, H. Dai, Environ. Sci. Technol., 2015, 49, 11089-11095.
-
[50] S. Xie, J. Deng, Y. Liu, Z. Zhang, H. Yang, Y. Jiang, H. Arandiyan, H. Dai, C.T. Au, Appl. Catal. A, 2015, 507, 82-90.
-
[51] Y. Liu, H. Dai, J. Deng, S. Xie, H. Yang, W. Tan, W. Han, Y. Jiang, G. Guo, J. Catal., 2014, 309, 408-418.
-
[52] L. Liu, J. Li, H. Zhang, L. Li, P. Zhou, X. Meng, M. Guo, J. Jia, T. Sun, J. Hazard. Mater., 2019, 362, 178-186.
-
[53] Y. Wang, H. Arandiyan, Y. Liu, Y. Liang, Y. Peng, S. Bartlett, H. Dai, S. Rostamnia, J. Li, ChemCatChem, 2018, 10, 3429-3434.
-
[54] Q. Yang, D. Wang, C. Wang, X. Li, K. Li, Y. Peng, J. Li, Catal. Sci. Technol., 2018, 8, 3166-3173.
-
[55] X. Yang, X. Y. Yu, M. Jing, W. Song, J. Liu, M. Ge, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2018, 11, 730-739.
-
[56] X. Chen, X. Chen, S. Cai, E. Yu, J. Chen, H. Jia, Appl. Surf. Sci., 2019, 475, 312-324.
-
[57] Q. Yang, D. Wang, C. Wang, K. Li, Y. Peng, J. Li, ChemCatChem, 2018, 10, 4852-4857.
-
[58] Y. Wang, L. Guo, M. Chen, C. Shi, Catal. Sci. Technol., 2018, 8, 459-471.
-
[59] J. Hu, W. B. Li, R. F. Liu, Catal. Today, 2018, 314, 147-153.
-
[60] S. Zhao, F. Hu, J. Li, ACS Catal., 2016, 6, 3433-3441.
-
[61] L. Zhao, Z. Zhang, Y. Li, X. Leng, T. Zhang, F. Yuan, X. Niu, Y. Zhu, Appl. Catal. B, 2019, 245, 502-512.
-
[62] M. Wang, F. Zhang, X. Zhu, Z. Qi, B. Hong, J. Ding, J. Bao, S. Sun, C. Gao, Langmuir, 2015, 31, 1730-1736.
-
[63] Y. Liao, X. Zhang, R. Peng, M. Zhao, D. Ye, Appl. Surf. Sci., 2017, 405, 20-28.
-
[64] S. Mo, Q. Zhang, J. Li, Y. Sun, Q. Ren, S. Zou, Q. Zhang, J. Lu, M. Fu, D. Mo, J. Wu, H. Huang, D. Ye, Appl. Catal. B, 2020, 264, 118464.
-
[65] W. Tang, X. Wu, G. Liu, S. Li, D. Li, W. Li, Y. Chen, J. Rare Earths, 2015, 33, 62-69.
-
计量
- PDF下载量: 38
- 文章访问数: 2998
- HTML全文浏览量: 311