High‐Entropy Metal Interstitials Activate TiO2 for Robust Catalytic Oxidation

材料科学 催化作用 金属 掺杂剂 锐钛矿 化学物理 化学工程 兴奋剂 纳米技术 无机化学 光催化 光电子学 化学 生物化学 工程类 冶金
作者
Xiaocheng Liu,Geng Wu,Xiao Han,Yang Wang,Bei Wu,Gongming Wang,Yang Mu,Xun Hong
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:37 (7): e2416749-e2416749 被引量:11
标识
DOI:10.1002/adma.202416749
摘要

Substitution metal doping strategies are crucial for developing catalysts capable of activating O2, but the leaching of metal dopants has greatly hindered their potential for extensive oxidation reactions under mild conditions. Here, the study develops an entropy-increase strategy to synthesize high-entropy metal (Mg, Ca, Mn, Fe, and Co) interstitial functionalized anatase TiO2 (HE-TiO2) nanosheets, demonstrating remarkable degradation efficiency across a wide pH range and exceptional stability in a flow-by electro-catalytic reactor. Relative to that of pristine TiO2, the intense lattice distortion on the (001) plane, an average lattice expansion of 2% on the (100) plane, and decrease of second shell peak of X-ray absorption spectra serve as compelling evidence for the formation of metal interstitials in HE-TiO2. Theoretical analysis and in situ synchrotron radiation Fourier transform infrared studies reveal that the electron of metal interstitials can populate the subgap states within the host TiO2, enabling a moderate adsorption band for robust and efficient O2 activation. This study introduces a universal strategy for synthesizing a novel class of high-entropy materials with integrated metal interstitials in metal oxides, promising to enhance the stability and efficiency of O2 activation catalysts and broaden their potential applications.
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