Electron Donation from Boron Suboxides via Strong p–d Orbital Hybridization Boosts Molecular O2 Activation on Ru/TiO2 for Low-Temperature Dibromomethane Oxidation

催化作用 化学 光化学 反键分子轨道 格式化 活化能 无机化学 电子 物理化学 原子轨道 有机化学 物理 量子力学
作者
Guanqun Gao,Wei Liu,Zhisong Liu,Zihao Li,Haomiao Xu,Wenjun Huang,Naiqiang Yan,Zan Qu
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:57 (45): 17566-17576 被引量:4
标识
DOI:10.1021/acs.est.3c04725
摘要

Low-temperature catalytic oxidation is of significance to the degradation of halogenated volatile organic compounds (HVOCs) to avoid hazardous byproducts with low energy consumption. Efficient molecular oxygen (O2) activation is pivotal to it but usually limited by the insufficient electron cloud density at the metal center. Herein, Ru-B catalysts with enhanced electron density around Ru were designed to achieve efficient O2 activation, realizing dibromomethane (DBM) degradation T90 at 182 °C on RuB1/TiO2 (about 30 °C lower than pristine Ru/TiO2) with a TOFRu value of 0.055 s-1 (over 8 times that of Ru/TiO2). Compared to the limited electron transfer (0.02 e) on pristine Ru/TiO2, the Ru center gained sufficient negative charges (0.31 e) from BOx via strong p-d orbital hybridization. The Ru-B site then acted as the electron donor complexing with the 2π* antibonding orbital of O2 to realize the O2 dissociative activation. The reactive oxygen species formed thereby could initiate a fast conversion and oxidation of formate intermediates, thus eventually boosting the low-temperature catalytic activity. Furthermore, we found that the Ru-B sites for O2 activation have adaptation for pollutant removal and multiple metal availability. Our study shed light on robust O2 activation catalyst design based on electron density adjustment by boron.
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