Grain Boundary-Rich Bi2WO6 Catalysts Enable Synergistic Activation of Molecular and Lattice Oxygen for Oxidative Dehydrogenation of 1-Butene

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作者
Bowen Liu,Chao Wan,Qinyang Zhao,Junjie Zhou,Jinyao Wang,Xiaoling Liu,Mingben Chong,Dang‐guo Cheng,Fengqiu Chen
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:15 (17): 15050-15059 被引量:4
标识
DOI:10.1021/acscatal.5c03123
摘要

The mechanistic understanding of the simultaneous activation of molecular oxygen (O 2 ) and surface lattice oxygen (O 2– ) at grain boundaries (GBs) remains elusive. Herein, we report that GB-rich Bi 2 WO 6 catalysts, engineered via controlled GB modulation, enable the dual activation of both the O 2 and lattice oxygen species. Specifically, GBs facilitate the formation of oxygen vacancies and enhance the electron-donating ability of the Bi and W centers, thereby promoting O 2 activation. Simultaneously, GB-induced lattice strain activates surface lattice oxygen, with the density of GBs positively correlating with its reactivity. However, an excessively high GB density can adversely affect catalytic performance, underscoring the need for an optimal GB configuration. Notably, the synergistic action between peroxo-like species (O 2 2– ) and surface lattice oxygen (O 2– ) at the GBs enables highly efficient oxidative dehydrogenation (ODH) of 1-butene to 1,3-butadiene. Compared with the GB-deficient counterpart, the GB-rich Bi 2 WO 6 catalyst exhibits markedly enhanced activity and selectivity. This work provides critical insights into GB-mediated dual oxygen activation and advances the understanding of structure–activity relationships in oxidative heterogeneous catalysis.
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