86 / 2021-06-28 19:15:26

CO在MnO2@Mn2O3异质结活性界面的催化氧化

催化氧化；CO；异质结界面；Cu修饰

潜艇和空间站等完全密闭空间以及井下避难硐室和地铁系统等地下弱通风空间的CO消除已经受到广泛的关注。CO低温催化氧化是目前清除封闭空间内CO最简单和有效的方法。Au和Pd等贵金属催化剂普遍具有CO催化活性高、耐水性好等优点，但也存在着贵金属储量低、价格昂贵、对催化剂制备工艺要求苛刻等缺点。目前许多研究人员着手于低成本的MnOx氧化物CO催化剂的研究，其中对催化剂进行界面修饰和调控是极具前景的工艺之一。目前针对锰氧化物同素异构体异质结构的研究非常有限，因此，本研究采用Mn₂O₃与KMnO₄氧化还原反应原位生长MnO₂方法制备了MnO₂@Mn₂O₃催化剂并通过Cu掺杂进一步提升催化剂的催化性能，对其催化氧化CO的活性位点及反应机制进行了研究。

本研究通过控制反应体系中KMnO₄以及Cu盐的加入量调控MnO₂@Mn₂O₃催化剂的形貌，并对其催化性能进行测试，如图1和图2所示。首先，通过控制Mn₂O₃表面MnO₂的生成量调控MnO₂@Mn₂O₃异质结界面的暴露情况。值得注意的是随着MnO₂@Mn₂O₃催化剂中MnO₂含量的升高，催化剂的性能出现“火山状”特性，这表明MnO₂@Mn₂O₃异质结界面的是最具活性的CO催化氧化活性位点，过多或过少的MnO₂生成量均对MnO₂@Mn₂O₃异质结界面的暴露情况产生影响。接着研究了Cu掺杂对MnO₂@Mn₂O₃催化氧化CO性能的影响，催化剂的性能与Cu掺杂量也具有“火山状”相关特性：随着Cu掺入量的增加，CO的完全转化温度逐渐降低，这主要归因于催化剂中Cu⁺有利于CO的吸附；过量的Cu掺杂会影响MnO₂@Mn₂O₃的形貌，影响异质结界面活性位点的暴露，进而降低催化剂的催化活性。

本研究通过分析不同MnO₂@Mn₂O₃形貌和Cu掺杂量对CO催化性能的影响，发现了MnO₂@Mn₂O₃界面和Cu⁺对CO催化氧化的重要作用。

关键词：催化氧化；CO；异质结界面；Cu修饰