Understanding the “seesaw effect” of interlayered K+ with different structure in manganese oxides for the enhanced formaldehyde oxidation

化学 催化作用 解吸 吸附 离解(化学) 密度泛函理论 无机化学 傅里叶变换红外光谱 氧气 红外光谱学 光化学 物理化学 计算化学 化学工程 有机化学 工程类
作者
Jinlong Wang,Jun Li,Pengyi Zhang,Gaoke Zhang
出处
期刊:Applied Catalysis B-environmental [Elsevier BV]
卷期号:224: 863-870 被引量:146
标识
DOI:10.1016/j.apcatb.2017.11.019
摘要

Although the potassium-promoted catalysts exhibit improved catalytic activities, the role of potassium with different structural sites still needs to be studied by more experiments and theory calculation. Herein, potassium (K+) formed via different binding sites (isolated and localized) over layered MnO2 was investigated. The isolated K+ dissociated between layers via weak chemical bond while localized K+ coordinated with oxygen atoms at vacancy site. K+ with localized type (L-MnO2) exhibited the higher activity and the lower Ea (45.2 kJ/mol), compared with isolated one (58.1 kJ/mol) under 200 ppm HCHO, 120,000 mL/g h GHSV and ∼45% relative humidity. Evidenced by diffuse reflectance infrared Fourier transform spectroscopy (DRIFTS), hydrogen temperature programmed reduction (H2-TPR) and density functional theory (DFT) simulation, the isolated K+ in interlayer are energetically favourable for dissociation of O2 as well as H2O by charge transfer from potassium to oxygen. As a result, the desorption of H2O was inhibited, thus, became the kinetic barriers during the whole reaction process. K+ with localized form possessed suitable ability for O2 activation and weak adsorption of H2O, exhibiting enhanced catalytic activity. Inspired by the seesaw effect, a clear understanding of K+ effect on layered MnO2 towards O2 adsorption and H2O desorption was illustrated.
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