Tuning oxygen vacancy concentration of MnO2 through metal doping for improved toluene oxidation

氧气 甲苯 催化作用 化学 空位缺陷 苯甲醛 材料科学 兴奋剂 光化学 无机化学 有机化学 结晶学 光电子学
作者
Cui Dong,Zhenping Qu,Xiao Jiang,Yewei Ren
出处
期刊:Journal of Hazardous Materials [Elsevier BV]
卷期号:391: 122181-122181 被引量:244
标识
DOI:10.1016/j.jhazmat.2020.122181
摘要

Oxygen vacancy acts an important role in adjusting the chemical properties of MnO2. In this paper, two-dimensional MnO2 catalysts with different oxygen vacancy concentration are obtained by doping Cu2+. It is researched that the K+ species in the interlayer of birnessite-type MnO2 can be substituted during the Cu2+ doping process. Meanwhile, this process will generate the oxygen vacancy. Interestingly, the formation of an appropriate numbers of oxygen vacancy in MnO2 distinctly enhances the low-temperature reducibility and oxygen species activity, which improves the catalytic activity for the toluene oxidation (T100 = 220 °C, Ea=43.6 kJ/mol). However, an excessive concentration of oxygen vacancy in MnO2 sample performs against the activity improvement for toluene oxidation. In situ DRIFTS are applied to elucidate the main intermediates and conversion pathway on MnO2-OV3 with moderate concentration of oxygen vacancy. The results demonstrate that the adsorbed toluene can interact with oxygen species of catalyst to form physisorbed benzaldehyde, aldehydic adsorbate and benzoate species. In addition, it is found that the oxygen vacancy concentration plays an important effect on the oxidation of benzoate species owing to the acceleration effect of oxygen vacancy in the activation of gaseous oxygen.
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