To elucidate the role of oxygen vacancy defects, various Mn-based oxides with oxygen vacancy defects are employed to the toluene oxidation, which are synthesized by adjusting solvent and double-complexation routes. The MnOx-ET catalyst shows the highest catalytic activity (T90 = 225 °C) for toluene oxidation. Compared with other Mn-based oxides, the as-prepared MnOx-ET catalyst has more surficial oxygen vacancies and good oxygen storage capacity (OSC), which is the reason on its remarkable activity for toluene oxidation. In addition, in situ DRIFTS study reveals that both lattice oxygen and adsorbed oxygen species can participate in the activation-oxidation process of toluene, which results in two reaction routes for the toluene oxidation. The rich oxygen-vacancy concentration of catalysts accelerates the key steps for the activation and generation of oxidized products. Quasi-in situ XPS results further confirm that enrich adsorbed-oxygen species as active oxygen and increasing Mn4+ concentration enhance the superior activity for toluene oxidation.

Oxygen vacancy (O-vacancy) is essential in catalytic oxidation but little is known about its insight. Herein, a series of MnOx-CeO2 catalysts with various Mn/(Mn + Ce) molar ratios were synthesized with citric acid complex method for O-vacancy study in soot catalytic combustion. The samples were characterized by X-ray powder diffraction (XRD), N2 adsorption/desorption, O2-temperature programmed desorption (O2-TPD), H2-temperature programmed reduction (H2-TPR), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and in situ Raman spectroscopy. It has been shown that MnOx(0.4)-CeO2 catalyst presented more O-vacancies, thus exhibiting the highest catalytic activities and redox properties. With the utilization of in situ Raman, two types of O-vacancies, including Frenkel-type oxygen vacancy (FOV) and intrinsic oxygen vacancy (IOV), were clarified. Furthermore, the transform relation between FOV and IOV was found. Those two types of O-vacancies favored to the migration and transformation of active species, enhancing further the oxidation-reduction cycle and the catalytic activity for soot oxidation. In addition, Mn4+/Mn3+(Mn2+), Olatt, Osur and Ce4+/Ce3+ were believed to play important roles in soot oxidation. Finally, evolution of O-vacancies was proposed, which is of significance for soot catalytic oxidation.

The present work elucidated the size effect of Pt nanoparticles on the activity of Pt/CeO2 catalysts toward catalytic oxidation of toluene. Size-controllable Pt nanoparticles, ranging from 1.3 to 2.5 nm, were successfully loaded on CeO2 nanorod support by the adsorption method. The structure and chemical properties of Pt/CeO2 catalysts are much dependent on Pt particle size. As size increases, the Pt dispersion declines while more Pt-OCe bonds, Ce3+ and oxygen vacancies exist on ceria. The catalytic activity test of toluene oxidation shows that Pt/CeO2-1.8 sample exhibits the best catalytic performance due to the balance of both Pt dispersion and oxygen vacancy concentration of ceria. Three types of TOFs values based on Pt dispersion, oxygen vacancy concentration and both of them are calculated respectively, and the result demonstrates that the reaction rate is controlled by both of the exposed Pt atom and oxygen vacancies. In addition, the Pt/CeO2-1.8 catalyst could work properly for 120 h with various inlet toluene concentration and be completely negligible for 5 vol% water vapour at 155 °C.

Morphology plays an important role in the physicochemical properties and catalytic activity of Co₃O₄ catalysts.

Sulfonic acid-functionalized metal–organic frameworks are efficiently used as recyclable solid acid catalysts for the fructose-to-HMF transformation.

Volatile organic compounds (VOCs) are one of the main sources of air pollution, which are of wide concern because of their toxicity and serious threat to the environment and human health. Catalytic oxidation has been proven to be a promising and effective technology for VOCs abatement in the presence of heat or light. As environmentally friendly and low-cost materials, manganese-based oxides are the most competitive and promising candidates for the catalytic degradation of VOCs in thermocatalysis or photo/thermocatalysis. This article summarizes the research and development on various manganese-based oxide catalysts, with emphasis on their thermocatalytic and photo/thermocatalytic purification of VOCs in recent years in detail. Single manganese oxides, manganese-based oxide composites, as well as improving strategies such as morphology regulation, heterojunction engineering, and surface decoration by metal doping or universal acid treatment are reviewed. Besides, manganese-based monoliths for practical VOCs abatementare also discussed. Meanwhile, relevant catalytic mechanisms are also summarized. Finally, the existing problems and prospect of manganese-based oxide catalysts for catalyzing combustion of VOCs are proposed.

Most research studies reported that oxygen vacancies on transition metal oxides are crucial for improving the catalytic oxidation activities. However, few studies investigated the coexistence effect of metal defects and oxygen vacancies on the performances and mechanisms of catalysts. Herein, we present a facile approach for synthesizing a Co3–xO4–y catalyst with both cobalt defects and oxygen vacancies simultaneously, exhibiting significant thermo-/photothermo-catalytic performance for toluene oxidation (300 ppm, GHSV = 72,000 mL g–1 h–1) with over 90% toluene conversion in 10 min of light illumination (with a corresponding light-to-heat conversion temperature of ∼180 °C). Furthermore, the synchrotron radiation X-ray absorption spectroscopy, O2 temperature-programmed desorption, and density functional theory calculations demonstrate that cobalt defects are conducive to the formation of oxygen vacancies. In situ DRIFTS studies reveal that the as-formed surface-reactive oxygen species can be replenished continuously during the reaction progress, and the coexisting oxygen vacancies can accelerate the conversion of intermediates, thereby promoting the toluene degradation.