Efficient propane low-temperature destruction by Co3O4 crystal facets engineering: Unveiling the decisive role of lattice and oxygen defects and surface acid-base pairs

丙烷 氧气 路易斯酸 活化能 烷烃 化学 结晶学 催化作用 物理化学 有机化学
作者
Yanfei Jian,Mingjiao Tian,Chi He,Jingchao Xiong,Zeyu Jiang,Hui Jin,Lirong Zheng,Reem Albilali,Jian‐Wen Shi
出处
期刊:Applied Catalysis B-environmental [Elsevier BV]
卷期号:283: 119657-119657 被引量:221
标识
DOI:10.1016/j.apcatb.2020.119657
摘要

Low-temperature degradation of short chain alkane is one of the greatest challenges of volatile organic compound purification. Here, rod-, sheet-, and cube-like Co3O4 (Co3O4-R, Co3O4-S, and Co3O4-C) with predominantly exposed (110), (111), and (100) facets respectively were fabricated. Co3O4-R presents excellent activity achieving 90 % of propane oxidized at just 195 °C owing to large amounts of lattice defects, oxygen vacancies and low coordinated Co atoms. Theoretical calculation reveals that Co3O4-R has the lowest formation energy of oxygen vacancy on (110) facet (Evo (110) =1.7 eV), which has a higher activation capacity for oxygen due to the largest O2 adsorption energy (−1.30 eV) and thus accelerates propane oxidation. Moreover, largest amount of lewis acid-base pairs existed in Co3O4-R polarizes substrate electron distribution and therefore accelerates the activation of C–H bonds. Electrophilic oxygen species (O22− or O−) caused the degradation of carbon skeleton and formed carboxylate intermediates before mineralized to CO2.
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