陳漢林等-CC: 電子結(jié)構(gòu)對鈣鈦礦型鈷酸鑭熱催化活性的制約
鈣鈦礦型鈷酸鑭(LaCoO3)具有價(jià)格低廉、化學(xué)組成可變、氧化還原性能好、熱穩(wěn)定性優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn),是一種極具應(yīng)用前景的礦物催化材料。已有研究通過類質(zhì)同像置換、負(fù)載等改性方法,增強(qiáng)鈣鈦礦型鈷酸鑭的熱催化性能。增強(qiáng)機(jī)制包括改善比表面積、表面氧濃度與晶格氧移動(dòng)性等表面物理化學(xué)性質(zhì),以及調(diào)控金屬元素價(jià)態(tài)等。但這些因素往往形成耦合作用,很難從本質(zhì)上闡明增強(qiáng)機(jī)制??紤]到催化反應(yīng)本質(zhì)上是氧化還原反應(yīng),從礦物的電子結(jié)構(gòu)入手,有望闡明催化性能的增強(qiáng)機(jī)制。

近期,中國科學(xué)院礦物學(xué)與成礦學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的礦物表-界面物理化學(xué)學(xué)科組通過調(diào)控煅燒溫度,實(shí)現(xiàn)了不同自旋態(tài)LaCoO3的可控合成,構(gòu)建了電子結(jié)構(gòu)與催化活性的構(gòu)效關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn),催化活性與eg(eg軌道電子填充數(shù))之間的關(guān)系呈“火山型”曲線。當(dāng)eg=1時(shí),催化劑與氧的相互作用適中,有利于氧活化和氧化反應(yīng),催化活性最高。當(dāng)O p帶中心離費(fèi)米能級(EF)太近時(shí),氧解吸受到抑制;當(dāng)O p帶中心離EF太遠(yuǎn)時(shí),氧吸附較難,抑制了表面氧再生。上述研究結(jié)果為高效催化劑的設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。

鈷酸鑭鈣鈦礦電子結(jié)構(gòu)與甲苯催化氧化活性構(gòu)效關(guān)系圖
該成果近期發(fā)表在Nature Index期刊Chemical Communications上。本研究得到基金委優(yōu)秀青年科學(xué)基金(42022012)、廣東省杰出青年科學(xué)基金(2020B1515020015)等項(xiàng)目資助。
論文信息:Hanlin Chen, Peng Liu, Gaoling Wei, Yu Huang, Xiaoju Lin, Xiaoliang Liang*, Jianxi Zhu. Effect of electron structure on the catalytic activity of LaCoO3 perovskite towards toluene oxidation. Chemical Communications, 2022. DOI:10.1039/D2CC00404F

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