Modulation of Electron-Donation Ability to Enhance the Low-Temperature NO Oxidation Performance of Mn3O4/YMn2O5

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作者
Rui Chen,Zihao Xu,Bowen Wang,Ziteng Mao,Zheng Zhao,Yongke Hou,Meisheng Cui,Yongqi Zhang,Weidong Zhuang,Juanyu Yang,Xiaowei Huang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:17 (19): 28276-28286 被引量:2
标识
DOI:10.1021/acsami.5c03870
摘要

Managing the substantial NOx emissions during the cold start of diesel vehicles presents a critical environmental challenge. Enhancing the conversion of NO to NO2 at low temperatures can significantly improve the efficiency of diesel aftertreatment systems. Manganese-based mullite catalysts are cost-effective and promising for NO oxidation; however, their low-temperature activity requires further enhancement. In this study, we innovatively leverage the strong electronic interactions between Mn3O4 and YMn2O5 to enhance the low-temperature NO oxidation activity (50% at 200 °C) of Mn3O4/YMn2O5, demonstrating high activity (CO conversion: T100 = 222 °C, C3H6 conversion: T100 = 209 °C, C3H8 conversion: T100 = 341 °C, NO maximum conversion: 78.7% at 300 °C) and stability (CO and C3H6 conversion: 100%, C3H8 conversion: 94.06%, NO conversion: 78.7% at 300 °C for 10 h) under a simulated exhaust gas mixture. Structural analysis (X-ray diffraction (XRD), Raman, and transmission electron microscopy (TEM)) confirmed the uniform coexistence of Mn3O4 and YMn2O5 phases. Furthermore, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and X-ray absorption fine structure (XAFS) indicated that Mn3O4 decreased the average Mn valence state, increased Mn-Mn interactions, and modified Mn-O coordination, contributing to improved catalytic performance. In situ diffuse reflectance infrared Fourier transform spectroscopy (DRIFTS) and density functional theory (DFT) calculations further revealed that Mn3O4/YMn2O5 enhances electron transfer to adsorbed O2, reducing its dissociation energy barrier and destabilizing nitrite intermediates, thereby accelerating the Eley-Rideal (E-R) mechanism for NO oxidation.
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