Redox-Induced In Situ Growth of MnO2 with Rich Oxygen Vacancies over Monolithic Copper Foam for Boosting Toluene Combustion

催化作用 甲苯 氧化还原 催化燃烧 整体 氧气 掺杂剂 燃烧 化学工程 化学 催化氧化 无机化学 材料科学 有机化学 兴奋剂 光电子学 工程类
作者
Qianlin Huang,Puzhen Zhao,Lu Lv,Weiming Zhang,Bingcai Pan
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:57 (24): 9096-9104 被引量:38
标识
DOI:10.1021/acs.est.3c02103
摘要

Catalytic combustion has been known to be an effective technique in volatile organic compound (VOC) abatement. Developing monolithic catalysts with high activity at low temperatures is vital yet challenging in industrial applications. Herein, monolithic MnO2-Ov/CF catalysts were fabricated via the in situ growth of K2CuFe(CN)6 (CuFePBA, a family of metal–organic frames) over copper foam (CF) followed by a redox-etching route. The as-synthesized monolith MnO2-Ov-0.04/CF catalyst displays a superior low-temperature activity (T90% = 215 °C) and robust durability for toluene elimination even in the presence of 5 vol % water. Experimental results reveal that the CuFePBA template not only guides the in situ growth of δ-MnO2 with high loading over CF but also acts as a source of dopant to create more oxygen vacancies and weaken the strength of the Mn–O bond, which considerably improves the oxygen activation ability of δ-MnO2 and consequently boosts the low-temperature catalytic activity of the monolith MnO2-Ov-0.04/CF toward toluene oxidation. In addition, the reaction intermediate and proposed mechanism in the MnO2-Ov-0.04/CF mediated catalytic oxidation process were investigated. This study provides new insights into the development of highly active monolithic catalysts for the low-temperature oxidation of VOCs.
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