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调节Co-O键的强度促进甲苯的催化氧化-EST

已有 1051 次阅读 2021-6-26 20:44 |个人分类:文献学习|系统分类:科研笔记

对于VOCs污染物而言,催化燃烧是一项高效的净化脱除技术。甲苯的催化氧化反应中,表面元素的氧化还原性,体相晶格氧的流动性,表面晶格氧的活性,氧空位的形成能和对吸附氧的活性能力等等,这些对催化剂的催化性能有着重要的影响。但是,从本质上讲,金属氧之间键的性质(例如键的强度),从根本上决定了氧物种的性质。


本文中作者(上海大学,张登松课题组)仅仅通过调节Co3O4的焙烧温度,而且催化剂之间的性能差异也没那么大,同时文章中所涉及到的表征也较为常见,但是工作却发表在了环境领域的一区期刊EST,这对我们有着很大的启发作用。个人认为关键在于,作者认识的比较深刻,提出了优化Co-O键的强度来改变氧物种的反应性,简单的工作做的比较的深入和清晰。接下来,我对作者的工作进行一个简单的赏析。


首先作者测试了不同焙烧温度后Co3O4的甲苯催化燃烧活性,结果表明:HA>MA>LA>CA,同时也做了动力学测试和催化剂耐久性测试,结果表明:HA催化剂的表观活化能最低,具有最佳的催化活性和稳定性。这些基本上都是评价催化剂的常规表征,但是作者缺少了一些加水的实验和催化剂循环稳定性的测试。



接下来,就是通过Co,O的XPS来表征催化剂表明活性氧物种的数量和表面氧空位的浓度,HA样品表面Co2+的含量更高,表面活性氧物种含量也更高。Co2+的含量和氧空位浓度呈正比,而氧空位的浓度一般也表面活性氧的数量正相关。同时H2-TPR和O2-TPD表征进一步表明:HA的样品其表明活性氧的数量和氧化还原性均是最佳的。DFT理论计算结果:HA样品的氧空位形成能更低,对氧气的吸附能力更强。本文的基本的逻辑:低的焙烧温度有助于降低钴氧四面体中CoO4的Co-O键的强度,从而导致了表面氧缺陷浓度增多,吸附活化氧的能力增强,对中间物种的快速氧化能力提高,最终表现为催化性能的大大提高。


Environ. Sci. Technol. 2020, 54, 10342-10350

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