One-Step Synthesis of Transition Metal Modified Uio-66-Ce Metal-Organic Framework: Catalytic Oxidation of Toluene and Investigation of the Mechanism

甲苯 过渡金属 催化作用 氧化还原 苯甲酸 苯甲醇 催化氧化 化学 金属 氧气 吸附 烷烃 X射线光电子能谱 材料科学 无机化学 化学工程 物理化学 有机化学 工程类
作者
Xueyan Hou,Ye Bian,Linjun Yang
出处
期刊:Social Science Research Network [Social Science Electronic Publishing]
被引量:1
标识
DOI:10.2139/ssrn.3999291
摘要

UiO-66-Ce and a series of transition metals-doped UiO-66-CeM (M=Cu, Co, Mn, Fe, Zr) are prepared through a rapid and facile one-step synthesis method to investigate the catalytic oxidation of toluene. UiO-66-CeCu exhibits extremely high catalytic capacity. XRD, BET, SEM and EDS-mapping indicate the successful synthesis of metal-organic frames topology of UiO-66-CeCu with high specific surface area and large pore volume. Raman, EPR, XPS results confirm that the oxygen vacancies formed between Ce and the doped metal. Better redox performance play a key role in the oxidation of toluene (Ce 4+ +M n+ →Ce 3+ +M (n+1)+ ). Among them, UiO-66-CeCu has the highest specific surface, the largest pore volume and the most oxygen vacancies, as well as the strong redox interaction between Ce 3+ and Cu 2+ , resulting in the highest catalytic efficiency. Toluene-TPD and GC confirm that the introduction of transition metals can facilitate toluene adsorption, conversion and selectivity. Most importantly, the analysis of the catalytic oxidation mechanism in situ DRIFTS in different conditions. Concluded that toluene oxidation is the coexistence of MvK mechanism and L-H mechanism . Furthermore, the oxygen vacancies increase the mobility of gaseous oxygen on the surface, which is essential in improving catalytic activity. Finally, the degradation pathway of toluene in UiO-66-CeM was concluded as follows: toluene → benzyl alcohol → benzoic acid → acid anhydride ......CO 2 and H 2 O.
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