通过钼掺杂调节Co3O4中的氧空位以增强甲烷燃烧的催化性能

《Industrial & Engineering Chemistry Research》：Modulating Oxygen Vacancies in Co3O4 via Molybdenum Doping for Enhanced Catalytic Methane Combustion

甲烷低温催化氧化中采用共沉淀水热法制备的CoMo-0.05催化剂在365℃时实现90%转化率，较未掺杂样品活性温度降低37℃，且具备优异稳定性与抗水性。氧空位调控和Co-Ov-Mo活性位点形成增强氧吸附与C-H键断裂能力，揭示了氧空位与催化性能的构效关系。

　　

甲烷作为工业排放物和汽车尾气的主要成分，对生态环境和人类健康构成了严重威胁。然而，甲烷的低温催化氧化仍面临诸多挑战。本文采用共沉淀水热法将钼（Mo）原子掺入Co₃O₄晶格中，有效形成了大量的氧空位并调节了局部配位环境。优化后的CoMo-0.05催化剂在365°C、空间速率为12,000 mL g^–1 h^–1的条件下，甲烷转化率达到90%，这一温度比原始Co₃O₄低37°C，并且表现出优异的长期稳定性和耐水性。综合表征和理论计算表明，CoMo-0.05中形成的Co-Ov-Mo活性位点显著提升了气态氧的吸附和活化能力，从而促进了甲烷中C–H键的断裂，提高了其催化氧化效率。这项研究阐明了氧空位与催化活性之间的结构-活性关系，为甲烷燃烧催化剂的设计提供了理论指导。