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

近期,中國科學院礦物學與成礦學重點實驗室的礦物表-界面物理化學學科組通過調(diào)控煅燒溫度,實現(xiàn)了不同自旋態(tài)LaCoO3的可控合成,構建了電子結構與催化活性的構效關系。研究發(fā)現(xiàn),催化活性與eg(eg軌道電子填充數(shù))之間的關系呈“火山型”曲線。當eg=1時,催化劑與氧的相互作用適中,有利于氧活化和氧化反應,催化活性最高。當O p帶中心離費米能級(EF)太近時,氧解吸受到抑制;當O p帶中心離EF太遠時,氧吸附較難,抑制了表面氧再生。上述研究結果為高效催化劑的設計提供了理論依據(jù)。

鈷酸鑭鈣鈦礦電子結構與甲苯催化氧化活性構效關系圖
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)秀青年科學基金(42022012)、廣東省杰出青年科學基金(2020B1515020015)等項目資助。
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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