Activation or passivation: Influence of halogen dopant (F, Cl, Br) on photothermal activity of Mn2O3 in degrading toluene

电负性 催化作用 氧化还原 甲苯 化学 氧气 掺杂剂 卤素 兴奋剂 光化学 钝化 无机化学 材料科学 有机化学 光电子学 图层(电子) 烷基
作者
Xiao Yu,Mengyi Shi,Yixuan Fan,Lixia Yang,Jie Zhang,Wei Liu,Weili Dai,Shuqu Zhang,Lei Zhou,Xubiao Luo,Shenglian Luo
出处
期刊:Applied Catalysis B-environmental [Elsevier BV]
卷期号:309: 121236-121236 被引量:50
标识
DOI:10.1016/j.apcatb.2022.121236
摘要

Mn2O3 is an exceptional earth-abundant mineral that has been extensively applied in catalytic oxidation because of the strong redox couples like Mn3+/Mn2+ and Mn4+/Mn3+ exposed on Mn2O3 surface. Herein, the catalytic activity of Mn2O3 in photothermal degradation of toluene was regulated by halogens including F-, Cl-, and Br-. As the electronegativity ordered in F (3.98) > O (3.44) > Cl (3.16) > Br (2.96), F- doped Mn2O3 overperforms Cl- doped and Br- doped Mn2O3 in decomposing toluene. DFT theoretical calculation illustrates that F- attracts the shared electrons from Mn to itself, the deviated charge center stretches the adjacent Mn-O bonds and boosts the generation of abundant oxygen vacancies, helping to strengthen the catalytic activity of Mn2O3. Conversely, Mn-O bonds are shortened by Cl- and Br- that have lower electronegativity than O. The multiple electrons circling Cl- and Br- push Mn towards O and squeeze Mn-O bonds, resulting in the formation of passivated Mn2O3. In conjunction with Mn redox couples and oxygen vacancies, 99% of 400 ppm toluene can be eliminated by F- doped Mn2O3, corresponding mineralization rate is high up to 95.8%.

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