第一作者：ong>Menglan Xiao

通讯作者：Xiaolin Yu 

通讯单位：中国科学院大学

研究内容：

负载型贵金属催化剂在挥发性有机化合物(VOCs)催化燃烧中具有广阔的应用前景，但由于贵金属在高温下烧结而导致催化剂失活。 在此，我们报道了外壳夹层MnO₂-Ag-CeO₂空心球的构建，该空心球具有显著的烧结性能和甲苯燃烧活性。Ag团簇被夹在MnO₂外壳和CeO₂外壳之间，以扩大和稳定金属载体活性界面。其独特的中空结构可以改变催化剂位点的电子态，增加反应物分子的吸附位点。同时，MnO₂-Ag-CeO₂中存在Mn-Ag-Ce多界面通过串联转移可以促进氧的持续活化和稳定释放。Ag-Ce迅速补充了Ag-Mn界面周围的氧界面加速中间体的深度氧化，保证苯环开口生成马来酸酐。本研究为构建高效、耐烧结的挥发性有机化合物氧化团簇催化剂提供了一种有前景的方法。

要点一：

本文介绍了采用顺序沉积法制备的壳夹空心MnO₂-Ag-CeO₂催化剂。所得到的MnO₂-Ag-CeO₂催化剂具有稳定和活性的Mn-Ag-Ce多界面，通过HRTEM、XAFS、H₂-TPR、XPS表征以及时间分辨的CO氧化实验证实了这一点。夹层壳中的Ag团簇可以有效地稳定烧结阻力，最大限度地提高与外MnO₂和内CeO₂壳的金属支撑活性界面。MnO₂-Ag-CeO₂中的Mn-Ag-Ce界面通过串联途径促进氧的持续激活和迁移，参与多相氧化反应。

要点二：

得益于良好的夹层结构和活性多界面，MnO₂-Ag-CeO₂催化剂在T₅₀的186°C和T₉₀的191°C具有较高的催化活性用于甲苯氧化，尽管MnO₂-Ag-CeO₂催化剂含有较多的Ag。更重要的是，MnO₂-CeO₂空心球中壳夹Ag簇保证了Mn-Ag-Ce界面的稳定性，实现了60h的长期催化稳定性，即使高温稳定实验60h使用的MnO₂-Ag-CeO₂催化剂仍表现出良好的耐水性。催化机理表明，Ag-Mn界面可以诱导更多的晶格氧使苯甲醛氧化为苯甲酸盐，而Mn-Ag-Ce多界面可以稳定地补充Ag-Mn界面周长消耗的氧，进行芳香环分解生成马来酸酐。本研究在不降低高温反应催化效率的前提下构建耐烧结负载金属催化剂开辟了新的策略。

图1：TEM图像(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图像。(f)线扫描图像，(g) HAADF-STEM图像，以及MnO₂-Ag-CeO₂催化剂对应的STEM-EDS元素映射图。 

图2：所制备的催化剂的(a)XRD图谱和(b)拉曼光谱。

图4：(a) 对于所制备的催化剂，甲苯转化率随温度的变化而变化。(b)甲苯反应的阿伦尼乌斯图。(c) MnO₂-Ag-CeO₂催化剂的高温稳定性和耐水性。

图5：(a)H₂-TPR谱，(b)O₂-TPD谱，(c)Ce 3d XPS谱和(d)Mn 2p XPS谱。

图7：(a)在190°C条件下在O₂+甲苯+ N₂流动下原位漂移光谱作为时间的函数。

参考文献: 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.