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Single-atom Pt-CeO2/Co3O4 catalyst with ultra-low Pt loading and high performance for toluene removal

甲苯 催化作用 降级(电信) 热稳定性 X射线光电子能谱 化学 化学工程 降水 纳米颗粒 材料科学 过渡金属 纳米技术 有机化学 电信 物理 气象学 计算机科学 工程类
作者
Huihui Shi,Peixin Yang,Lu Huang,Yali Wu,Duohuan Yu,Hangfei Wu,Yunhuai Zhang,Peng Xiao
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier]
卷期号:641: 972-980 被引量:25
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2023.03.086
摘要

The design and manufacture of high activity and thermal stability catalysts with minimal precious metal loading is essential for deep degradation of volatile organic compounds (VOCs). In this paper, a novel single-atom Pt-CeO2/Co3O4 catalyst with ultra-low Pt loading capacity (0.06 wt%, denoted as 0.06Pt-SA) was fabricated via one-step co-precipitation method. The 0.06Pt-SA exhibited excellent toluene degradation activity of T90 = 169 °C, matched with the nanoparticle Pt-supported CeO2/Co3O4 catalyst with more than six times higher Pt loading (0.41 wt%, denoted as 0.41Pt-NP). Moreover, the ultra-long durability (toluene conversion remains 99% after 120 h stability test) and excellent toluene degradation ability in a wide space speed range of 0.06Pt-SA were superior to that of 0.41Pt-NP catalyst. The excellent performance was derived from the strong metal-support interaction (SMSI) between the single atomic Pt and the carrier, which induced more Pt0 and Ce3+ for oxygen activation and more Co3+ for toluene removal. The in situdiffuse reflectance infrared spectroscopy (DRIFTS) experiments confirmed that the conversion of intermediates was accelerated in the reaction process, thereby promoting the toluene degradation. Our results should inspire the exploitation of noble single-atomic modification strategy for developing the low cost and high performance VOCs catalyst.
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