Oriented growth of layered-MnO2 nanosheets over α-MnO2 nanotubes for enhanced room-temperature HCHO oxidation

材料科学 化学工程 异质结 反应速率常数 吸附 密度泛函理论 催化作用 纳米颗粒 氧化物 活化能 解吸 纳米技术 动力学 化学 物理化学 计算化学 冶金 光电子学 有机化学 工程类 物理 量子力学
作者
Jing Zhou,Lifan Qin,Wei Xiao,Zeng Chen,Ni Li,Teng Lv,Hua Zhu
出处
期刊:Applied Catalysis B-environmental [Elsevier]
卷期号:207: 233-243 被引量:160
标识
DOI:10.1016/j.apcatb.2017.01.083
摘要

Construction of heterostructures with well-defined size, dimension, surface and interface is an effective approach to develop enhanced and unprecedented functionality. Herein, oriented growth of layered-MnO2 nanosheets (L-MnO2) over α-MnO2 nanotubes backbones is demonstrated. The epitaxial relationship in the resulting α-MnO2@L-MnO2 heteroepitaxy is rationalized as (110)(α-MnO2)||(001)(layered-MnO2). With loading of 1 wt% Pt nanoparticles over the MnO2 samples, the resulting Pt/MnO2 samples show catalytic activity toward room-temperature HCHO oxidation via “HCHO + O2 = CO2 + H2O”. Upon 1 h treatment, 92.1% HCHO becomes mineralized over the Pt/α-MnO2@L-MnO2, higher than that of 81.3% and 75.9% for the Pt/α-MnO2 and Pt/L-MnO2. The oxidation of HCHO was well fitted with the second-order kinetic model, with the rate constant of the Pt/α-MnO2@L-MnO2 exceeding that of the Pt/α-MnO2 and the Pt/L-MnO2 by 2.27 and 5.92 times. Density-Functional-Theory (DFT) simulations show that α-MnO2 {100} surface facilitates adsorption/activation of O2, and layered-MnO2 {001} surface is beneficial to desorption of resultant H2O. The α-MnO2@L-MnO2 heteroepitaxy simultaneously integrates exposed facets of α-MnO2 {100} surface and layered-MnO2 {001} surface, in which the synergetic effect of the two surfaces leads to significantly enhanced room-temperature HCHO oxidation activity. The present study provides a rational design of manganese oxide-based catalysts for advanced environmental and energy applications.
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