【研究进展】阳离子诱导Co/FeOx纳米结构的d-带电子调制激活分子氧和界面氧进行CO氧化

第一作者：刘志松 2022级博士生

通讯作者：瞿赞 研究员

全文链接：https://doi.org/10.1021/acs.est.3c06743

近日，上海交通大学大气污染控制团队在环境领域著名学术期刊Environmental Science & Technology上发表了题为“Cation Concavities Induced d-Band Electronic Modulation on Co/FeOx Nanostructure to Activate Molecular and Interfacial Oxygen for CO Oxidation”的研究论文。钴基催化剂已被确定为有效的CO氧化，但其活性受到分子O2和界面氧钝化在低温下的限制。优化钴中心的d带结构是促进氧解离的有效方法。在这里，我们开发了一种基于选择性阳离子沉积的新型Co/FeOx催化剂，将Co阳离子锚定在FeOx的缺陷位置，与Pt/Co3O4(100%， 140°C)和La/Co2O3(100%， 150°C)相比，该催化剂具有更好的低温活性(100%，115°C)。与氧缺陷催化剂相比，Co/FeOx中的阳离子Fe缺陷表现出特殊的接受Co 3d轨道电子的能力，导致Co位点的电子明显离域。Co/FeOx催化剂的转换频率为每秒178.6个/ Co位，是之前报道的Co基催化剂的2.3倍。电子重分布效应使d带中心向上移动，促进O = O键的反键轨道*π断裂。此外，Fe-Ov-Co氧缺陷位点的可控调节将Fe-O键从1.97扩大到2.02 Å，从而激活了晶格氧。此外，与CoxFe3-xO4相比，Co/FeOx具有较低的Co氧化能垒，这显著加快了速率决定步骤*COO的形成。本研究证明了通过调节d波段结构来增强O2分子和界面点阵氧活化的可行性。