Low-cost and efficient Mn/CeO2 catalyst for photocatalytic VOCs degradation via scalable colloidal solution combustion synthesis method

甲苯 材料科学 催化作用 X射线光电子能谱 光催化 介孔材料 光致发光 傅里叶变换红外光谱 化学工程 催化燃烧 纳米材料 光化学 纳米技术 化学 有机化学 工程类 光电子学
作者
Yingguang Zhang,Muyan Wu,Yifei Wang,Xiaolong Zhao,Dennis Y.C. Leung
出处
期刊:Journal of Materials Science & Technology [Elsevier BV]
卷期号:116: 169-179 被引量:29
标识
DOI:10.1016/j.jmst.2021.11.041
摘要

Colloidal solution combustion synthesis (CSCS) is a simple and easy method for mass-production of crystalline nanomaterials with tunable pore structure. In this work, mesoporous Mn/CeO2 catalysts were fabricated via CSCS method coupled with a dip-coating process and used for photocatalytic oxidation (PCO) of toluene. Under vacuum ultraviolet (VUV) irradiation, a high toluene removal efficiency of about 92% was achieved with a toluene reaction rate of about 118 μmol/g/h in a continuous flow reactor. A possible degradation pathway was proposed based on the analysis of intermediates by Fourier transform infrared photoluminescence spectra (FTIR) and GC-Mass. Hydrogen temperature-programmed reduction (H2-TPR), Brunauer-Emmett-Teller (BET) surface areas, photoluminescence spectra (PL) spectra and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) were carried out to analyze physical and chemical properties of the catalysts. Compared with MnxCe1-xO2 catalysts synthesized by one step CSCS method, Mn/CeO2 has a higher photocatalytic activity, which is attributed to the presence of higher contents of Ce3+, Mn2+ and Mn3+ species. The presence of higher contents of these species plays a key role in the activity enhancement of toluene oxidation and ozone decomposition. This method is facile, efficient and scalable, and it may become a promising industrial application technology for catalyst synthesis in the near future.
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