Electronic Modification by Transitional Metal Dopants to Tune the Oxidation Activity of Pt-CeO2-Based Catalysts

催化作用 掺杂剂 过渡金属 化学 金属 甲醛 反应性(心理学) 密度泛函理论 氧气 无机化学 材料科学 计算化学 有机化学 兴奋剂 光电子学 替代医学 病理 医学
作者
Jianghao Zhang,Ruoting Shan,Hongfei Xiao,Shuo Hu,Zhenteng Sheng,Xiaoxiao Qin,Yuhua Zhang,Li Wang,Jinlin Li,Changbin Zhang
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:56 (23): 17331-17340 被引量:32
标识
DOI:10.1021/acs.est.2c07099
摘要

While utilization of transitional metals as a promoter has been extensively studied to enhance the activity of Pt-based catalysts for the oxidation of formaldehyde (HCHO), there is still a lack of well elucidated property-function relationship for the rational selection of a promoter in catalyst design. Herein, we modified a Pt/CeO2 catalyst with two transitional metal dopants (i.e., Mn and Cu) that showed negligible influence on the physical structure of the Pt-CeO2 matrix but distinct effects on the activity of the catalyst. Complementary characterizations combined with density functional theory modeling revealed that the transitional metal dopants significantly modified the electronic structure of the catalyst and shifted the d-band of Pt to higher energy with different extents, which may tune the bonding strength of HCHO/intermediates with the Pt-CeO2 interface domain. The catalyst with moderate bonding strength (i.e., Pt-Mn/CeO2) displayed the highest reactivity under the ambient condition, while Pt-Cu/CeO2 with the highest bonding strength showed a dramatically decreased activity. No correlation was observed between the abundancy of the active oxygen and catalytic activity, likely due to the oxygen supply having a much higher rate than the rate-determining step. This work contributes to the elucidation about the property-function relationship of a transitional metal dopant in Pt-based catalysts for the oxidation of HCHO.
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