CeO2在MnCo尖晶石上的氧化还原锚定策略：强氧化物-载体相互作用（SOSI）促进甲苯高效低温催化燃烧

针对挥发性有机物（VOCs）低温催化燃烧中活性不足的难题，研究人员通过氧化还原锚定策略构建了MnCo@CeO2异质结构催化剂。该研究利用MnCoPBA（金属有机框架）作为模板和氧化剂，强化了CeO2与MnCo载体间的强氧化物-载体相互作用（SOSI），实现了电子转移和氧空位协同调控，使催化剂在228°C（空速30000 mL g-1 h-1）下达到90%甲苯转化率，并具备优异的水稳定性，为VOCs治理提供了新思路。

　　

论文解读

挥发性有机物（VOCs）是工业和家居排放的重要污染物，对生态环境和人体健康构成严重威胁。催化氧化技术因其高效、低能耗的特点成为VOCs治理的主流方法，但传统尖晶石氧化物催化剂存在低温活性不足、中间产物积累导致失活等问题。更棘手的是，氧化物-载体界面在高温下易发生烧结，阻碍了强氧化物-载体相互作用（SOSI）的构建。如何通过精准调控界面电子结构实现VOCs低温高效降解，成为领域内亟待突破的瓶颈。

针对这一挑战，南京大学的研究团队创新性地提出“氧化还原锚定”策略，以Mn₃[Co(CN)₆]₂（MnCoPBA，一种普鲁士蓝类似物）为模板，通过原位锚定CeO₂并热解构建了MnCo@CeO₂异质结构催化剂。研究发现，MnCoPBA不仅作为模板形成丰富的异质界面，其氧化性还诱导了CeO₂与MnCo载体间的电子转移，从而强化SOSI效应。该催化剂在甲苯氧化反应中展现出卓越性能：T_90%（90%转化温度）低至228°C（空速30000 mL g^-1 h^-1），且能耐受5 vol%水蒸气干扰。相关成果发表于《Applied Catalysis B: Environment and Energy》。

关键技术方法
研究采用共沉淀法合成MnCoPBA前驱体，通过原位氧化还原反应在碱性条件下将Ce(OH)₃锚定于MnCoPBA表面，经热解获得MnCo@CeO₂催化剂。结合X射线光电子能谱（XPS）、电子顺磁共振（EPR）等表征证实SOSI效应，利用密度泛函理论（DFT）计算揭示电子转移路径，并通过原位漫反射红外傅里叶变换光谱（DRIFTS）追踪反应中间体。

研究结果

1. 合成与结构表征
   热解过程中MnCoPBA转化为MnCo尖晶石，同时CeO₂纳米颗粒均匀锚定于载体表面。高角度环形暗场扫描透射电镜（HAADF-STEM）显示Co-O-Ce界面结构的形成，XPS证实界面电子从CeO₂向MnCo转移。

2. SOSI效应机制
   DFT计算表明，Co-O-Ce桥联结构降低了O原子的电子云密度，促进晶格氧活化。EPR检测到丰富的氧空位，这些空位作为吸附位点显著提升O₂的活化解离效率。

3. 催化性能与机理
   在Mars-van Krevelen（MVK）机制主导下，活化的晶格氧直接攻击甲苯分子，而电子富集的MnCo加速了中间体矿化。原位DRIFTS观察到苯甲酸盐等中间体快速转化，避免了积碳导致的失活。

结论与意义
该工作通过氧化还原锚定策略实现了SOSI效应的精准调控，阐明了电子转移-氧空位-晶格氧活化三者协同作用机制。不仅为设计高效VOCs催化剂提供了新范式，更深化了对氧化物-载体界面化学的认识。其工业化应用有望大幅降低VOCs处理能耗，对大气污染治理具有重要实践价值。