Integrated Cobalt Oxide Based Nanoarray Catalysts with Hierarchical Architectures: In Situ Raman Spectroscopy Investigation on the Carbon Monoxide Reaction Mechanism

拉曼光谱 催化作用 X射线光电子能谱 氧化钴 化学工程 一氧化碳 材料科学 原位 化学 无机化学 氧化物 有机化学 光学 物理 工程类
作者
Shengpeng Mo,Qi Zhang,Shuangde Li,Quanming Ren,Mingyuan Zhang,Yudong Xue,Ruosi Peng,Hailin Xiao,Yunfa Chen,Daiqi Ye
出处
期刊:Chemcatchem [Wiley]
卷期号:10 (14): 3012-3026 被引量:53
标识
DOI:10.1002/cctc.201800363
摘要

Abstract Herein, a facile strategy for the in situ growth of a Co 3 O 4 ‐based precursor with unique hierarchical architectures oriented diagonal or perpendicular to Ni surfaces is reported. This strategy to prepare grafted ZIF‐67@Co 3 O 4 and MOF‐199@Co 3 O 4 precursor structures is based on a simple hydrothermal synthesis method to obtain the Co 3 O 4 precursor and the subsequent in situ growth of ZIF‐67 and MOF‐199, respectively. The morphologies of the Co 3 O 4 products can be tailored by controlling the solvent polarity and concentration of precipitants. CO is chosen as a probe molecule to evaluate the catalytic performance of the as‐synthesized Co 3 O 4 ‐based oxide catalysts, and the structure–activity relationships are confirmed by using TEM, H 2 temperature‐programmed reduction, X‐ray photoelectron spectroscopy, Raman spectroscopy and in situ Raman spectroscopy, and extended X‐ray absorption fine structure analysis. These analysis results demonstrate that irislike Co 3 O 4 exhibits a high catalytic activity for CO oxidation and contains an abundance of surface defect sites (Co 3+ species) to result in an excellent low‐temperature reducibility, oxygen vacancies and unsaturated chemical bonds on the surface. Moreover, we used in situ Raman spectroscopy to record the structural transformation of Co 3 O 4 directly during the reaction, which confirmed that CO oxidation on the surface of Co 3 O 4 can proceed through the Langmuir–Hinshelwood mechanism (<200 °C) and the Mars–van Krevelen mechanism (>200 °C).
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