由于人类的各种活动以及各种产品（如家具和家居产品）导致的气体排放，使得挥发性有机化合物（VOCs）在环境中无处不在。VOCs的催化氧化是一种有吸引力的解决方案，然而，目前获得可低温操作的活性催化剂极具挑战性。金属有机骨架（MOF）能够预组织团簇催化剂，提供分子水平的混合，是制备催化剂的重要前驱体。研究发现，从双金属MOF衍生的CeCuOx催化剂具有出色的VOC氧化活性（即甲苯T50 = 150°C）。此外，CeCuOx催化剂在200 °C下将二甲苯和甲苯完全氧化为二氧化碳和水，在100 °C下将其完全氧化为丙酮和甲醇。同样，由双金属MOF制备的CoCeOx具有出色的VOC催化氧化性能。
近日，香港科技大学King Lun Yeung，西班牙催化与石油化学研究所Miguel A. Bañares报道了从Pt@CeBDC MOF制备了具有独特一维（1D）纳米结构的Pt@CeO2-BDC。
文章要点
1）研究人员在400 °C的空气中，通过氧化将Pt@CeBDC转化为Pt@CeO2- BDC催化剂。Pt@CeO2-BDC富含氧空位（XPS Oβ/(Oα+Oβ)= 39.4％），并且在催化剂上，2 nm Pt团簇均匀沉积在1D中孔多晶CeO2上。
2）Pt@CeO2−BDC催化甲苯转化的起始温度为100℃，T50为141 ℃，在气时空速（GHSV）为23000 h−1时，该催化剂的催化活性远高于CeO2-BDC和参比催化剂Pt/CeO2−NR和CeO2−NR。甲苯在200 °C完全氧化，与其他催化剂不同，该反应只产生二氧化碳和水。此外，即使在水蒸气存在的情况下，催化剂也保持了很高的反应活性。
3）在34500 h−1的GHSV下的Operando研究揭示了Pt簇、缺陷和氧空位在反应中的作用。Pt在低温下与吸附的过氧化物反应，在Pt@CeO2−BDC上生成苯甲酸甲苯物种。Pt位点还通过将吸附的过氧化物物种泵入CeO2晶格中，在较高温度下催化CeO2中晶格氧的再氧化，从而促进反应。缺陷和氧空位既是反应物的吸附中心，也是反应的活性中心。Operando结果证实，甲苯在Pt@CeO2−BDC上的氧化是通过Langmuir−HinShelwood机理（L-H）生成表面苯甲酸盐中间体进行。在125 °C以上，吸附的甲苯（即苯甲酸盐物种）通过Mars-van Krevelen（MvK）机理与CeO2晶格氧反应，Pt作为氧泵补充晶格氧。因此，在Pt@CeO2−BDC催化剂上观察到了以L-H为主的反应机理向MvK反应机理的渐进转变。
参考文献
Qingyue Wang, et al, Operando Investigation of Toluene Oxidation over 1D Pt@CeO2 Derived from Pt Cluster-Containing MOF, J. Am. Chem. Soc, 2020
DOI: 10.1021/jacs.0c08640
https://dx.doi.org/10.1021/jacs.0c08640
