Operando Investigation of Toluene Oxidation over 1D Pt@CeO2 Derived from Pt Cluster-Containing MOF

化学 甲苯 催化作用 吸附 过氧化物 X射线光电子能谱 氧气 反应机理 拉曼光谱 反应中间体 光化学 无机化学 化学工程 物理化学 有机化学 光学 物理 工程类
作者
Qingyue Wang,Yuxin Li,Ana Serrano-Lotina,Wei Han,Raquel Portela,Ruixuan Wang,Miguel Á. Bañares,King Lun Yeung
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:143 (1): 196-205 被引量:172
标识
DOI:10.1021/jacs.0c08640
摘要

A unique 1D nanostructure of Pt@CeO2–BDC was prepared from Pt@CeBDC MOF. The Pt@CeO2–BDC was rich in oxygen vacancies (i.e., XPS Oβ/(Oα + Oβ) = 39.4%), and on the catalyst, the 2 nm Pt clusters were uniformly deposited on the 1D mesoporous polycrystalline CeO2. Toluene oxidation was conducted in a spectroscopic operando Raman–online FTIR reactor to elucidate the reaction mechanism and establish the structure–activity relationship. The reaction proceeds as follows: (I) adsorption of toluene as benzoate intermediates on Pt@CeO2–BDC at low temperature by reaction with surface peroxide species; (II) reaction activation and ring-opening involving lattice oxygen with a concomitant change in defect densities indicative of surface rearrangement; (III) complete oxidation to CO2 and H2O by lattice oxygen and reoxidation of the reduced ceria with consumption of adsorbed oxygen species. The Pt clusters, which mainly exist as Pt2+ with minor amounts of Pt0 and Pt4+ on the surface, facilitated the adsorption and reaction activation. The Pt-CeO2 interface generates reduced ceria sites forming nearby adsorbed peroxide at low temperature that oxidize toluene into benzoate species by a Langmuir–Hinshelwood mechanism. As the reaction temperature increases, the role of lattice oxygen becomes important, producing CO2 and H2O mainly by the Mars-van Krevelen mechanism.
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