Stable O3 Decomposition by Layered Double Hydroxides: The Pivotal Role of NiOOH Transformation

层状双氢氧化物 分解 转化(遗传学) 臭氧 化学 化学工程 材料科学 无机化学 工程类 有机化学 氢氧化物 生物化学 基因
作者
Jiaqi Li,Yixing Ma,Fengyu Li,Ziruo Zeng,Hengxi Zhu,Chunxue Wang,Langlang Wang,Kai Li,Xueqian Wang,Ping Ning,Fei Wang
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:58 (24): 10696-10705 被引量:21
标识
DOI:10.1021/acs.est.4c01312
摘要

Because ozone (O3) is a significant air pollutant, advanced O3 elimination technologies, particularly those under high-humidity conditions, have become an essential research focus. In this study, a nickel–iron layered double hydroxide (NiFe-LDH) was modified via intercalation with octanoate to develop an effective hydrophobic catalyst (NiFe-OAa-LDH) for O3 decomposition. The NiFe-OAa-LDH catalyst sustained its O3 decomposition rate of >98% for 48 h under conditions of 90% relative humidity, 840 L/(g·h) space velocity, and 100 ppm inlet O3 concentration. Moreover, it maintained a decomposition rate of 90% even when tested at a higher airflow rate of 2500 L/(g·h). Based on the changes induced by the Ni–OII to Ni–OIII bonds in NiFe-OAa-LDH during O3 treatment, catalytic O3 decomposition was proposed to occur in two stages. The first stage involved the reaction between the hydroxyl groups and O3, leading to the breakage of the O–H bonds, formation of NiOOH, and structural changes in the catalyst. This transformation resulted in the formation of abundant and stable hydrogen vacancies. According to density functional theory calculations, O3 can be effectively decomposed at the hydrogen vacancies with a low energy barrier during the second stage. This study provides new insights into O3 decomposition.
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