郭杨龙等Appl. Catal. B.：Co3O4基催化剂上丙烷的氧化：阐明Zr掺杂剂的影响

挥发性有机化合物(VOCs)作为工业过程和运输活动的主要排放物，会对环境和人类健康造成严重问题，过渡金属氧化物作为用于VOC去除的高效催化剂引起了越来越多的关注。其中氧化钴(Co₃O₄)是丙烷氧化中使用最广泛的过渡金属氧化物之一。

里昂大学Anne Giroir-Fendler和华东理工大学郭杨龙等人采用柠檬酸盐溶胶-凝胶法制备了一系列Zr掺杂的Co₃O₄催化剂(x% Zr-Co₃O₄)，用于1000 ppm丙烷的催化氧化。

郭杨龙等Appl. Catal. B.：Co3O4基催化剂上丙烷的氧化：阐明Zr掺杂剂的影响

使用不同的技术来表征催化剂，证明Zr的加入对x% Zr-Co₃O₄催化剂的理化性质和催化性能有显著影响。Zr的引入扭曲了Co₃O₄结构并抑制了晶体生长，产生了更多的缺陷和更高的表面积。

因此，与未掺杂的Co₃O₄相比，x% Zr-Co₃O₄催化剂中存在更多的表面Co²⁺、表面氧空位和表面吸附氧物种，导致丙烷的氧化性能更好。

同时研究人员发现，催化活性和表面活性氧浓度之间存在着良好的相关性。在Zr掺杂的Co₃O₄催化剂中，1% Zr-Co₃O₄表现出最好的催化性能，丙烷氧化的T₉₀(241°C)比Co₃O₄低28°C，丙烷转化率为90%，这是由于优异的低温还原性，最高的表面Co²⁺浓度和活性氧含量。

在气流中没有氧气的情况下进行的丙烷反应测试表明低量的Zr对x% Zr-Co₃O₄催化剂的氧迁移率有促进作用。此外，1% Zr-Co₃O₄在循环和丙烷氧化的长期测试中表现出优异的稳定性，因此是一种具有实际应用潜力的活性催化剂。

Total Oxidation of Propane over Co₃O₄-based Catalysts: Elucidating the Influence of Zr Dopant. Applied Catalysis B: Environmental, 2021. DOI:10.1016/j.apcatb.2021.120606

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