Enhancing catalytic toluene oxidation over MnO2@Co3O4 by constructing a coupled interface

催化作用 甲苯 吸附 氧气 化学 氧化还原 傅里叶变换红外光谱 催化氧化 热解 X射线光电子能谱 无机化学 材料科学 化学工程 有机化学 工程类
作者
Quanming Ren,Shengpeng Mo,Jie Fan,Zhentao Feng,Mingyuan Zhang,Peirong Chen,Jiajian Gao,Mingli Fu,Limin Chen,Junliang Wu,Daiqi Ye
出处
期刊:Chinese Journal of Catalysis [Elsevier BV]
卷期号:41 (12): 1873-1883 被引量:75
标识
DOI:10.1016/s1872-2067(20)63641-5
摘要

Herein, a bottom-down design is presented to successfully fabricate ZIF-derived Co 3 O 4 , grown in situ on a one-dimensional (1D) α-MnO 2 material, denoted as α-MnO 2 @Co 3 O 4 . The synergistic effect derived from the coupled interface constructed between α-MnO 2 and Co 3 O 4 is responsible for the enhanced catalytic activity. The resultant α-MnO 2 @Co 3 O 4 catalyst exhibits excellent catalytic activity at a T 90% (temperature required to achieve a toluene conversion of 90%) of approximately 229 o C, which is 47 and 28 °C lower than those of the pure α -MnO 2 nanowire and Co 3 O 4 -b obtained via pyrolysis of ZIF-67, respectively. This activity is attributed to the increase in the number of surface-adsorbed oxygen species, which accelerate the oxygen mobility and enhance the redox pairs of Mn 4+ /Mn 3+ and Co 2+ /Co 3+ . Moreover, the result of in situ diffuse reflectance infrared Fourier transform spectroscopy suggests that the gaseous oxygen could be more easily activated to adsorbed oxygen species on the surface of α-MnO 2 @Co 3 O 4 than on that of α-MnO 2 . The catalytic reaction route of toluene oxidation over the α -MnO 2 @Co 3 O 4 catalyst is as follows: toluene → benzoate species → alkanes containing oxygen functional group → CO 2 and H 2 O. In addition, the α -MnO 2 @Co 3 O 4 catalyst shows excellent stability and good water resistance for toluene oxidation. Furthermore, the preparation method can be extended to other 1D MnO 2 materials. A new strategy for the development of high-performance catalysts of practical significance is provided. The resultant α-MnO 2 @Co 3 O 4 catalyst with a coupled interface shows better catalytic activity than the pure α-MnO 2 , which is ascribed to the increased number of surface-adsorbed oxygen species, which accelerate the oxygen mobility and enhance the redox pairs of Mn 4+ /Mn 3+ and Co 2+ /Co 3+ .
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