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🎨文献、电子书快速提供、英文论文撰写查重以及语法校对服务,全部免费!快快联系小编(文末二维码添加)。第一作者:李建通讯作者:李建通讯单位:中国环境科学研究院论文DOI:10.1016/j.cej.2022.138721研究背景为了提高VOCs的催化氧化活性,许多金属氧化物已经被广泛研究。然而,它们的疏水性相对较低。与许多金属氧化物催化剂相比,ZSM-5,是一种具有代表性的MFI结构的分子筛,具有许多有利的特性,如可调节的疏水性、高表面酸度和高热稳定性,从而使ZSM-5在催化领域得到广泛应用。然而,它对VOCs的催化氧化活性非常弱。为了提高其氧化还原能力,ZSM-5已被许多方法改性,如改进介孔结构、负载金属氧化物和通过配位离子交换处理,这些方法已被广泛研究。此外,作者团队之前报道了LaMnO3/介孔ZSM-5和La1-xCexMn1-yNiy/介孔ZSM-5对戊醛和正己烷的催化氧化活性和机制,由于活性物种和介孔ZSM-5之间界面的电子相互作用,它们都表现出更好的氧化性能。即便如此,VOCs的氧化温度仍然比较高,一些副产品和碳沉积物也存在。此外,带离子交换的ZSM-5主要用于催化裂化,但其深度氧化能力也需要进一步提高。因此,需要一种新的改性方法来提高ZSM-5的氧化还原能力。近年来,纳米簇催化剂和单原子(或隔离态原子)在VOC氧化领域得到了广泛的研究,并表现出比其他催化剂更好的物理化学特性。对于纳米簇催化剂来说,显著的表面特征有利于提高其氧化活性。Wang等报道了Pt纳米颗粒和微多孔ZSM-5在VOCs低温脱除中的协同作用,Pt/ZSM-5催化剂在低温下对各种VOCs的深度氧化表现出相当高的催化活性。对于单原子催化剂,杂原子掺杂的ZSM-5可视为单原子催化剂,已成功合成用于石油化工、催化裂化、化学合成等方面。由于杂原子(如Cu、Mn、Co、Fe等)和Si/Al之间的离子半径、配位数和离子电荷的不同,ZSM-5的表面酸度可以通过杂原子掺杂而改变。此外,通过在Si4+位点掺入过渡金属离子可以增加晶格参数,这可能导致晶体结构的改变和晶格缺陷的产生。然后,一些氧空位可以由晶格缺陷诱导,以改善氧气和/或体晶格氧的活化能力,并促进氧气和/或体晶格氧(O2-)→表面氧物种(O2-、O22-、O-或O2-)的转化。表面氧物种可被视为参与VOC催化氧化的活性氧物种。此外,氧空位周围的氧物种的转移能力可以加强,导致低温氧化能力的增强。Meng等人也报告说,掺锰的ZSM-5对甲苯氧化具有显著的氧化活性。结合ZSM-5和单原子及纳米团簇的优良理化特性,可以认为ZSM-5与单金属原子和金属氧化物纳米团簇的共轭可能对VOCs的氧化表现出良好的催化活性。到目前为止,在VOC催化氧化领域,用孤立的或框架的金属原子和金属氧化物纳米团簇调制的ZSM-5还很少被报道。特别是,由框架金属原子和框架外异核金属氧化物纳米团簇共同修饰的ZSM-5对VOCs的催化性能还没有报道。在这项工作中,作者基于原位Cu/Mn共置法制备了一系列由孤立或框架Cu原子和MnOx纳米团簇共同修饰的ZSM-5分子筛,其中Cu和Mn作为变价过渡金属,表现出更好的催化氧化活性,被广泛用于VOCs的氧化。同时,进一步研究了ZSM-5上异核取代和单金属取代对正己烷氧化的催化氧化活性的差异;选择正己烷作为VOCs的探针分子,是因为它广泛存在于工业废气和许多工业的相关溶剂或产品中,对人体健康有害,对大气污染有一定的影响。此外,通过一些先进的表征方法研究了与孤立或框架铜原子和氧化锰纳米团簇复合的ZSM-5的物理化学性质,并进一步研究了CO2、CO和有机副产品的选择性和产率。此外,通过原位DRIFTS、GC-MS等方法详细研究了隔离或框架铜原子和氧化锰纳米团簇在ZSM-5上氧化己烷的反应机制和动力学特征。作者认为这项工作为ZSM-5的改性提供了一个有价值的视角,它为进一步研究ZSM-5与金属单原子和金属氧化物纳米团簇的结合作为去除VOC的催化剂和潜在的工业应用提供数据支持。内容简介通过一步异核取代水热法合成了一系列具有不同Mn/Cu摩尔比的Mn/Cu共取代ZSM-5。还制备了单一取代的Mn-和Cu-ZSM-5化合物。研究了每种催化剂上的正己烷催化氧化性能和催化剂表面的理化性质,以确定反应活性、主要影响因素和正己烷氧化的机制。在Mn/Cu共置过程中,ZSM-5的部分框架Mn被Cu2+取代,促进了孤立和/或框架Cu2+和框架外超细空心球形MnOx纳米团簇的生成,提高了低温还原性和表层晶格氧的数量和传递能力。具有适当的Mn/Cu共存比的Mn-Cu-HZ(1:1)表现出最好的催化氧化性能,主要是因为它具有最多的表层晶格氧,相对较高的转移能力,最高的低温还原性和合适的酸度。通过Mars-Van