Engineering Cobalt Oxide with Coexisting Cobalt Defects and Oxygen Vacancies for Enhanced Catalytic Oxidation of Toluene

催化作用 甲苯 氧化钴 氧气 氧化物 过渡金属 解吸 光化学 化学 材料科学 无机化学 吸附 物理化学 有机化学
作者
Yifei Li,Tingyu Chen,Shuaiqi Zhao,Peng Wu,Yanan Chong,Anqi Li,Yun Zhao,Guangxu Chen,Xiaojing Jin,Yongcai Qiu,Daiqi Ye
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:12 (9): 4906-4917 被引量:281
标识
DOI:10.1021/acscatal.2c00296
摘要

Most research studies reported that oxygen vacancies on transition metal oxides are crucial for improving the catalytic oxidation activities. However, few studies investigated the coexistence effect of metal defects and oxygen vacancies on the performances and mechanisms of catalysts. Herein, we present a facile approach for synthesizing a Co3–xO4–y catalyst with both cobalt defects and oxygen vacancies simultaneously, exhibiting significant thermo-/photothermo-catalytic performance for toluene oxidation (300 ppm, GHSV = 72,000 mL g–1 h–1) with over 90% toluene conversion in 10 min of light illumination (with a corresponding light-to-heat conversion temperature of ∼180 °C). Furthermore, the synchrotron radiation X-ray absorption spectroscopy, O2 temperature-programmed desorption, and density functional theory calculations demonstrate that cobalt defects are conducive to the formation of oxygen vacancies. In situ DRIFTS studies reveal that the as-formed surface-reactive oxygen species can be replenished continuously during the reaction progress, and the coexisting oxygen vacancies can accelerate the conversion of intermediates, thereby promoting the toluene degradation.
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