Atomically dispersed Ti on MnOx-Fe2O3 tailors O 2p orbitals for CO oxidation and H2O/SO2 resistance

材料科学 原子轨道 化学物理 结晶学 密度泛函理论 纳米技术 化学工程 分子轨道 化学 价(化学)
作者
Yongqi Zhao,Pu Wang,Junjie Jiang,Ziwei Zhao,Aorui Xiu,Xiaolong Liu,Tingyu Zhu
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
标识
DOI:10.1038/s41467-026-76406-6
摘要

Transition-metal oxides offer a low-cost alternative to precious metals for environmental catalysis, yet CO oxidation under humid and sulfur-laden conditions remains challenging due to rapid poisoning. Herein, we report an atomic dispersion of Ti‑decorated MnOx-Fe2O3 catalyst that achieves high activity and remarkable H2O/SO2 resistance. Atomically dispersed Ti provides electron-accepting 3d states from O 2p orbitals, which redistributes and stabilizes selected O 2p states while modifying their hybridization with neighboring Mn/Fe 3d orbitals. The localized electronic restructuring strengthens CO adsorption and facilitates lattice oxygen activation via a Mars-van Krevelen (MvK)-like mechanism, lowering the apparent activation energy to 64.59 kJ/mol. Simultaneously, Ti-O-Fe interfaces weaken SO2 adsorption (from −1.96 eV to −0.19 eV) and suppress H2O competition, retaining >55% CO conversion under 10 vol% H2O and 10 ppm SO2, far surpassing the parent oxide (<10%). The orbital tuning strategy enables scalable poison resistant catalysts for industrial emission control, reducing reliance on precious‑metal systems. Transition-metal oxides offer a low-cost alternative to precious metals for environmental catalysis, yet CO oxidation under humid and sulfur-laden conditions remains a challenge due to rapid catalyst poisoning. Here, the authors report an atomic dispersion of Ti-decorated MnOx-Fe2O3 catalyst with excellent activity and resistance to poisoning.
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