第一作者：ong>Menglan Xiao

通訊作者：Xiaolin Yu 

通訊單位：中國科學院大學

研究內容：

負載型貴金屬催化劑在揮發性有機化合物(VOCs)催化燃燒中具有廣闊的應用前景，但由于貴金屬在高溫下燒結而導致催化劑失活。 在此，我們報道了外殼夾層MnO₂-Ag-CeO₂空心球的構建，該空心球具有顯著的燒結性能和甲苯燃燒活性。Ag團簇被夾在MnO₂外殼和CeO₂外殼之間，以擴大和穩定金屬載體活性界面。其獨特的中空結構可以改變催化劑位點的電子態，增加反應物分子的吸附位點。同時，MnO₂-Ag-CeO₂中存在Mn-Ag-Ce多界面通過串聯轉移可以促進氧的持續活化和穩定釋放。Ag-Ce迅速補充了Ag-Mn界面周圍的氧界面加速中間體的深度氧化，保證苯環開口生成馬來酸酐。本研究為構建高效、耐燒結的揮發性有機化合物氧化團簇催化劑提供了一種有前景的方法。

要點一：

本文介紹了采用順序沉積法制備的殼夾空心MnO₂-Ag-CeO₂催化劑。所得到的MnO₂-Ag-CeO₂催化劑具有穩定和活性的Mn-Ag-Ce多界面，通過HRTEM、XAFS、H₂-TPR、XPS表征以及時間分辨的CO氧化實驗證實了這一點。夾層殼中的Ag團簇可以有效地穩定燒結阻力，最大限度地提高與外MnO₂和內CeO₂殼的金屬支撐活性界面。MnO₂-Ag-CeO₂中的Mn-Ag-Ce界面通過串聯途徑促進氧的持續激活和遷移，參與多相氧化反應。

要點二：

得益于良好的夾層結構和活性多界面，MnO₂-Ag-CeO₂催化劑在T₅₀的186°C和T₉₀的191°C具有較高的催化活性用于甲苯氧化，盡管MnO₂-Ag-CeO₂催化劑含有較多的Ag。更重要的是，MnO₂-CeO₂空心球中殼夾Ag簇保證了Mn-Ag-Ce界面的穩定性，實現了60h的長期催化穩定性，即使高溫穩定實驗60h使用的MnO₂-Ag-CeO₂催化劑仍表現出良好的耐水性。催化機理表明，Ag-Mn界面可以誘導更多的晶格氧使苯甲醛氧化為苯甲酸鹽，而Mn-Ag-Ce多界面可以穩定地補充Ag-Mn界面周長消耗的氧，進行芳香環分解生成馬來酸酐。本研究在不降低高溫反應催化效率的前提下構建耐燒結負載金屬催化劑開辟了新的策略。

圖1：TEM圖像(a) CSs@CeO₂，(b) CSs@CeO₂@ Ag，(c) CSs@CeO₂@Ag@MnO₂，(d) MnO₂-Ag-CeO₂。(e) MnO₂-Ag-CeO₂原子分辨率Cs-HAADF-STEM圖像。(f)線掃描圖像，(g) HAADF-STEM圖像，以及MnO₂-Ag-CeO₂催化劑對應的STEM-EDS元素映射圖。 

圖2：所制備的催化劑的(a)XRD圖譜和(b)拉曼光譜。

圖4：(a) 對于所制備的催化劑，甲苯轉化率隨溫度的變化而變化。(b)甲苯反應的阿倫尼烏斯圖。(c) MnO₂-Ag-CeO₂催化劑的高溫穩定性和耐水性。

圖5：(a)H₂-TPR譜，(b)O₂-TPD譜，(c)Ce 3d XPS譜和(d)Mn 2p XPS譜。

圖7：(a)在190°C條件下在O₂+甲苯+ N₂流動下原位漂移光譜作為時間的函數。

參考文獻: Menglan Xiao,Xueqin Yang,Yue Peng, Yucong Guo, Yuechang Wei,Maofa Ge，and Xiaolin Yu.  Confining shell-sandwiched Ag clusters in MnO₂-CeO₂ hollow spheres to boost activity and stability of toluene combustion. Nano Research. 2022. doi: 10.1007/s12274-022-4360-0.