鈣鈦礦型鈷酸鑭（LaCoO3）具有價格低廉、化學組成可變、氧化還原性能好、熱穩定性優異等優點，是一種極具應用前景的礦物催化材料。已有研究通過類質同像置換、負載等改性方法，增強鈣鈦礦型鈷酸鑭的熱催化性能。增強機制包括改善比表面積、表面氧濃度與晶格氧移動性等表面物理化學性質，以及調控金屬元素價態等。但這些因素往往形成耦合作用，很難從本質上闡明增強機制。考慮到催化反應本質上是氧化還原反應，從礦物的電子結構入手，有望闡明催化性能的增強機制。
近期，中國科學院礦物學與成礦學重點實驗室的礦物表-界面物理化學學科組通過調控煅燒溫度，實現了不同自旋態LaCoO3的可控合成，構建了電子結構與催化活性的構效關系。研究發現，催化活性與eg（eg軌道電子填充數）之間的關系呈“火山型”曲線。當eg=1時，催化劑與氧的相互作用適中，有利于氧活化和氧化反應，催化活性最高。當O p帶中心離費米能級（EF）太近時，氧解吸受到抑制；當O p帶中心離EF太遠時，氧吸附較難，抑制了表面氧再生。上述研究結果為高效催化劑的設計提供了理論依據。
鈷酸鑭鈣鈦礦電子結構與甲苯催化氧化活性構效關系圖
該成果近期發表在Nature Index期刊Chemical Communications上。本研究得到基金委優秀青年科學基金、廣東省杰出青年科學基金等項目資助。
論文信息：Hanlin Chen, Peng Liu, Gaoling Wei, Yu Huang, Xiaoju Lin, Xiaoliang Liang*, Jianxi Zhu. Effect of electron structure on the catalytic activity of LaCoO3 perovskite towards toluene oxidation. Chemical Communications, 2022. DOI:10.1039/D2CC00404F
