不同形貌的Co₃O₄催化剂具有丰富的活性中心，如Co³⁺、吸附氧和表面晶格氧物种，在脱除挥发性有机物（VOCs）方面具有极高的效率。这些活性中心的重要作用和反应机理值得进一步研究。

近日，中国科学院生态环境研究中心贺泓院士，王莲副研究员报道了采用简单、均匀的金属−有机骨架（MOF）衍生法合成了不同形貌的Co₃O₄催化剂，与球形Co₃O₄-S相比，棒状Co₃O₄-R具有更低的T_90%（270 °C）、更好的稳定性和耐水性。

文章要点

1）HR-TEM、O₂-TPD和邻二甲苯-TPD分析表明，Co₃O₄-R催化性能的提高可能是由于其表面较活跃的晶格氧，即暴露在(220)面上的两重配位晶格氧（O_2f）导致了较高的CO₂生成量。原位漂移研究还发现，Co₃O₄-R通过表面O_2f吸附和氧化了更多的二甲苯，形成了包括醇盐、羧酸盐和酸酐在内的中间体，并留下了氧空位。引入气态氧后，由于Co₃O₄-R具有良好的氧迁移率，中间体消失的速度更快。

2）Co₃O₄-R表面较低的氧空位形成能（E_Ov，2.61 eV）和较高的氧吸附能（E_ads,_O2，−1.71 eV）从理论上证实了由于表面活性O_2f的存在，Co₃O₄-R更容易形成氧空位和气态氧补充。因此，MOF衍生的不同形貌的Co₃O₄催化剂上，表面氧空位的形成和气态氧补给的作用对邻二甲苯的催化氧化起到了至关重要的作用。

本研究对于深入了解VOC催化氧化中的活性氧物种，制备各种形貌的高效催化剂具有重要意义。

参考文献

Ying Ma, et al, Investigation into the Enhanced Catalytic Oxidation of o‑Xylene over MOF-Derived Co₃O₄ with Different Shapes: The Role of Surface Twofold-Coordinate Lattice Oxygen (O_2f), ACS Catal. 2021

DOI: 10.1021/acscatal.1c01116

https://doi.org/10.1021/acscatal.1c01116