Angewandte Chemie International EditionVolume 51, Issue 38 p. 9628-9632 Communication Alkali-Metal-Promoted Pt/TiO2 Opens a More Efficient Pathway to Formaldehyde Oxidation at Ambient Temperatures† Changbin Zhang, Changbin Zhang Research Center for Eco-Environmental Sciences, Chinese Academy of Sciences, Shuangqing Road 18, Beijing, 100085 (China)Search for more papers by this authorFudong Liu, Fudong Liu Research Center for Eco-Environmental Sciences, Chinese Academy of Sciences, Shuangqing Road 18, Beijing, 100085 (China)Search for more papers by this authorYanping Zhai, Yanping Zhai Department of Chemical and Biological Engineering, Tufts University, Medford, MA 02155 (USA)Search for more papers by this authorHiroko Ariga, Hiroko Ariga Catalysis Research Center, Hokkaido University (Japan)Search for more papers by this authorNan Yi, Nan Yi Department of Chemical and Biological Engineering, Tufts University, Medford, MA 02155 (USA)Search for more papers by this authorYongchun Liu, Yongchun Liu Research Center for Eco-Environmental Sciences, Chinese Academy of Sciences, Shuangqing Road 18, Beijing, 100085 (China)Search for more papers by this authorProf. Kiyotaka Asakura, Prof. Kiyotaka Asakura Catalysis Research Center, Hokkaido University (Japan)Search for more papers by this authorProf. Maria Flytzani-Stephanopoulos, Corresponding Author Prof. Maria Flytzani-Stephanopoulos mflytzan@tufts.edu Department of Chemical and Biological Engineering, Tufts University, Medford, MA 02155 (USA) Maria Flytzani-Stephanopoulos, Department of Chemical and Biological Engineering, Tufts University, Medford, MA 02155 (USA) Hong He, Research Center for Eco-Environmental Sciences, Chinese Academy of Sciences, Shuangqing Road 18, Beijing, 100085 (China)Search for more papers by this authorProf. Hong He, Corresponding Author Prof. Hong He honghe@rcees.ac.cn Research Center for Eco-Environmental Sciences, Chinese Academy of Sciences, Shuangqing Road 18, Beijing, 100085 (China) Maria Flytzani-Stephanopoulos, Department of Chemical and Biological Engineering, Tufts University, Medford, MA 02155 (USA) Hong He, Research Center for Eco-Environmental Sciences, Chinese Academy of Sciences, Shuangqing Road 18, Beijing, 100085 (China)Search for more papers by this author Changbin Zhang, Changbin Zhang Research Center for Eco-Environmental Sciences, Chinese Academy of Sciences, Shuangqing Road 18, Beijing, 100085 (China)Search for more papers by this authorFudong Liu, Fudong Liu Research Center for Eco-Environmental Sciences, Chinese Academy of Sciences, Shuangqing Road 18, Beijing, 100085 (China)Search for more papers by this authorYanping Zhai, Yanping Zhai Department of Chemical and Biological Engineering, Tufts University, Medford, MA 02155 (USA)Search for more papers by this authorHiroko Ariga, Hiroko Ariga Catalysis Research Center, Hokkaido University (Japan)Search for more papers by this authorNan Yi, Nan Yi Department of Chemical and Biological Engineering, Tufts University, Medford, MA 02155 (USA)Search for more papers by this authorYongchun Liu, Yongchun Liu Research Center for Eco-Environmental Sciences, Chinese Academy of Sciences, Shuangqing Road 18, Beijing, 100085 (China)Search for more papers by this authorProf. Kiyotaka Asakura, Prof. Kiyotaka Asakura Catalysis Research Center, Hokkaido University (Japan)Search for more papers by this authorProf. Maria Flytzani-Stephanopoulos, Corresponding Author Prof. Maria Flytzani-Stephanopoulos mflytzan@tufts.edu Department of Chemical and Biological Engineering, Tufts University, Medford, MA 02155 (USA) Maria Flytzani-Stephanopoulos, Department of Chemical and Biological Engineering, Tufts University, Medford, MA 02155 (USA) Hong He, Research Center for Eco-Environmental Sciences, Chinese Academy of Sciences, Shuangqing Road 18, Beijing, 100085 (China)Search for more papers by this authorProf. Hong He, Corresponding Author Prof. Hong He honghe@rcees.ac.cn Research Center for Eco-Environmental Sciences, Chinese Academy of Sciences, Shuangqing Road 18, Beijing, 100085 (China) Maria Flytzani-Stephanopoulos, Department of Chemical and Biological Engineering, Tufts University, Medford, MA 02155 (USA) Hong He, Research Center for Eco-Environmental Sciences, Chinese Academy of Sciences, Shuangqing Road 18, Beijing, 100085 (China)Search for more papers by this author First published: 29 August 2012 https://doi.org/10.1002/anie.201202034Citations: 505 † The authors appreciate the valuable advices of Emeritus Prof. Ken-ichi Tanaka of Tokyo University and the aberration-corrected HAADF/STEM tests performed by Dr. David Bell of the School of Engineering and Applied Sciences, Harvard University. This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (50921064 and 21077117), the Program of the Ministry of Science and Technology of China (2010AA064905), the Photon Factory, KEK (Japan) (2009G177), and the BL14W1 beam line, Shanghai Synchrotron Radiation Facility. Work at Tufts University was supported by the U.S. Department of Energy (DOE)/Basic Energy Sciences (BES) Grant No. DE-FG02-05ER15730. Read the full textAboutPDF ToolsRequest permissionExport citationAdd to favoritesTrack citation ShareShare Give accessShare full text accessShare full-text accessPlease review our Terms and Conditions of Use and check box below to share full-text version of article.I have read and accept the Wiley Online Library Terms and Conditions of UseShareable LinkUse the link below to share a full-text version of this article with your friends and colleagues. Learn more.Copy URL Share a linkShare onFacebookTwitterLinked InRedditWechat Abstract Addition of alkali metal ions significantly promotes the activity of the Pt/TiO2 catalyst for the HCHO oxidation reaction by stabilizing an atomically dispersed Pt-O(OH)x alkali metal species and opening a new low-temperature reaction pathway. The atomically dispersed Na-Pt-O(OH)x species can effectively activate H2O and catalyze the facile reaction between surface OH and formate species to total oxidation products. Citing Literature Supporting Information Detailed facts of importance to specialist readers are published as ”Supporting Information”. Such documents are peer-reviewed, but not copy-edited or typeset. They are made available as submitted by the authors. Filename Description anie_201202034_sm_miscellaneous_information.pdf2 MB miscellaneous_information Please note: The publisher is not responsible for the content or functionality of any supporting information supplied by the authors. Any queries (other than missing content) should be directed to the corresponding author for the article. Volume51, Issue38September 17, 2012Pages 9628-9632 RelatedInformation

Selective catalytic reduction (SCR) of NO with NH3 over manganese substituted iron titanate catalysts was fully studied. The low temperature SCR activity was greatly enhanced when partial Fe was substituted by Mn, although the N2 selectivity showed some decrease to a certain extent. The Mn substitution amounts showed obvious influence on the catalyst structure, redox behavior and NH3/NOx adsorption ability of the catalysts. Among FeaMn1−aTiOx (a = 1, 0.75, 0.5, 0.2, 0) serial catalysts, Fe0.5Mn0.5TiOx with the molar ratio of Fe:Mn = 1:1 showed the highest SCR activity, because the interaction of iron, manganese and titanium species in this catalyst led to the largest surface area and the highest porosity, the severest structural distortion and most appropriate structural disorder, the enhanced oxidative ability of manganese species, the highest mobility of lattice oxygen, the proper ratio of Brønsted acid sites and Lewis acid sites together with the enhanced NOx adsorption capacity.

A superior Ce-W-Ti mixed oxide catalyst prepared by a facile homogeneous precipitation method showed excellent NH3-SCR activity and 100% N2 selectivity with broad operation temperature window and extremely high resistance to space velocity, which is a very promising catalyst for NOx abatement from diesel engine exhaust. The excellent catalytic performance is associated with the highly dispersed active Ce and promotive W species on TiO2. The introduction of W species could increase the amount of active sites, oxygen vacancies, and Brønsted and Lewis acid sites over the catalyst, which is also beneficial to improve the low temperature activity by facilitating “fast SCR” reaction and enhance both of the high temperature activity and N2 selectivity simultaneously by inhibiting the unselective oxidation of NH3 at high temperatures.

Arsenite (As(III)) is more toxic and more difficult to remove from water than arsenate (As(V)). As there is no simple treatment for the efficient removal of As(III), an oxidation step is always necessary to achieve higher removal. However, this leads to a complicated operation and is not cost-effective. To overcome these disadvantage, a novel Fe–Mn binary oxide material which combined the oxidation property of manganese dioxide and the high adsorption features to As(V) of iron oxides, were developed from low cost materials using a simultaneous oxidation and coprecipitation method. The adsorbent was characterized by BET surface areas measurement, powder XRD, SEM, and XPS. The results showed that prepared Fe–Mn binary oxide with a high surface area (265m2g-1) was amorphous. Iron and manganese existed mainly in the oxidation state +III and IV, respectively. Laboratory experiments were carried out to investigate adsorption kinetics, adsorption capacity of the adsorbent and the effect of solution pH values on arsenic removal. Batch experimental results showed that the adsorbent could completely oxidize As(III) to As(V) and was effective for both As(V) and As(III) removal, particularly the As(III). The maximal adsorption capacities of As(V) and As(III) were 0.93mmolg-1 and 1.77mmolg-1, respectively. The results compare favorably with those obtained using other adsorbent. The effects of anions such as SO42-, PO43-, SiO32-, CO32- and humic acid (HA), which possibly exist in natural water, on As(III) removal were also investigated. The results indicated that phosphate was the greatest competitor with arsenic for adsorptive sites on the adsorbent. The presence of sulfate and HA had no significant effect on arsenic removal. The high uptake capability of the Fe–Mn binary oxide makes it potentially attractive adsorbent for the removal of As(III) from aqueous solution.

A plasmonic photocatalyst Ag−AgI supported on mesoporous alumina (Ag−AgI/Al2O3) was prepared by deposition−precipitation and photoreduction methods. The catalyst showed high and stable photocatalytic activity for the degradation and mineralization of toxic persistent organic pollutants, as demonstrated with 2-chlorophenol (2-CP), 2,4-dichlorophenol (2,4-DCP), and trichlorophenol (TCP) under visible light or simulated solar light irradiation. On the basis of electron spin resonance, cyclic voltammetry analyses under a variety of experimental conditions, two electron transfer processes were verified from the excited Ag NPs to AgI and from 2-CP to the Ag NPs, and the main active species of O2•− and excited h+ on Ag NPs were involved in the photoreaction system of Ag−AgI/Al2O3. A plasmon-induced photocatalytic mechanism was proposed. Accordingly, the plasmon-induced electron transfer processes elucidated the photostability of Ag−AgI/Al2O3. This finding indicates that the high photosensitivity of noble metal NPs due to surface plasmon resonance could be applied toward the development of new plasmonic visible-light-sensitive photocatalysts and photovoltaic fuel cells.

The performance of TiO2 supported noble metal (Pt, Rh, Pd and Au) catalysts was examined and compared for the catalytic oxidation of formaldehyde (HCHO). Among them, the Pt/TiO2 was the most active catalyst. The effects of Pt loading and gas hourly space velocity (GHSV) on Pt/TiO2 activity for HCHO oxidation were investigated at a room temperature (20 °C). The optimal Pt loading is 1 wt.%. At this loading, HCHO can be completely oxidized to CO2 and H2O over the Pt/TiO2 in a GHSV of 50,000 h−1 at 20 °C. The 1% Pt/TiO2 was characterized using BET, XRD, high resolution (HR) TEM and temperature programmed reduction (TPR) methods. The XRD patterns and HR TEM image show that Pt particles on TiO2 are well dispersed into a size smaller than 1 nm, an important feature for the high activity of the 1% Pt/TiO2. The mechanism of HCHO oxidation was studied with respect to the behavior of adsorbed species on Pt/TiO2 surface at room temperature using in situ DRIFTS. The results indicate that surface formate and CO species are the main reaction intermediates during the HCHO oxidation. The formate species could decompose into adsorbed CO species on the catalyst surface without the presence of O2, and the CO was then oxidized to CO2 with the presence of O2. Based on these results, a simplified mechanism for the catalytic oxidation of HCHO over 1% Pt/TiO2 was proposed.

An Fe−Ce bimetal adsorbent was investigated with X-ray powder diffraction (XRD), transmission electron micrograph (TEM), Fourier transform infrared spectra (FTIR), and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) methods for a better understanding of the effect of surface properties on arsenate (As(V)) adsorption. In the adsorption test, the bimetal oxide adsorbent showed a significantly higher As(V) adsorption capacity than the referenced Ce and Fe oxides (CeO2 and Fe3O4) prepared by the same procedure and some other arsenate adsorbents reported recently. XRD measurement of the adsorbent demonstrated that the phase of magnetite (Fe3O4) disappears gradually with the increasing dosage of Ce4+ ions until reaching a molar ratio of Ce4+ to Fe3+ and Fe2+ of 0.08:0.2:0.1 (Fe−Ce08 refers to the adsorbent prepared at this ratio), and the phase of CeO2 begins to appear following a further increase of the Ce dose. Combined with the results of TEM observation, it was assumed that a solid solution of Fe−Ce is formed following the disappearance of the magnetite phase. Occurrence of a characteristic surface hydroxyl group (M−OH, metal surface hydroxyl, 1126 cm-1), which showed the highest band intensity in the solid solution state, was confirmed on the bimetal oxide adsorbent by FTIR. Quantificational calculation from the XPS narrow scan results of O(1s) spectra also indicated that the formation of the bimetal Fe−Ce08 was composed of more hydroxyl (30.8%) than was the formation of CeO2 and Fe3O4 (12.6% and 19.6%). The results of adsorption tests on Fe−Ce08 at different As(V) concentrations indicated that both the integral area of the As−O band at 836 cm-1 and the As(V) adsorption capacity increased almost linearly with the decrease of the integral area of M−OH bands at 1126 cm-1, proving that the adsorption of As(V) by Fe−Ce08 is mainly realized through the mechanism of quantitative ligand exchange. The atomic ratio of Fe on Fe−Ce08 decreased from 20.1% to 7.7% with the increase of the As atom ratio from 0 to 16% after As(V) adsorption, suggesting that As(V) adsorption might be realized through the replacement of the M−OH group of Fe (Fe−OH) with arsenate. The well splitting of three υ3 bands at As−O band (836 cm-1) of FTIR and the hydroxyl ratio (1.7) of Fe−Ce08 calculated from the XPS results suggested that the diprotonated monodentate complex (SOAsO(OH)2) is possibly dominant on the surface of Fe−Ce08.

Haze in China has been increasing in frequency of occurrence as well as the area of the affected region. Here, we report on a new mechanism of haze formation, in which coexistence with NOx can reduce the environmental capacity for SO2, leading to rapid conversion of SO2 to sulfate because NO2 and SO2 have a synergistic effect when they react on the surface of mineral dust. Monitoring data from five severe haze episodes in January of 2013 in the Beijing-Tianjin-Hebei regions agreed very well with the laboratory simulation. The combined air pollution of motor vehicle exhaust and coal-fired flue gases greatly reduced the atmospheric environmental capacity for SO2 and the formation of sulfate was found to be a main reason for the growth of fine particles, which led to the occurrence of haze. These results indicate that the impact of motor vehicle exhaust on the atmospheric environment might be underestimated.

δ-MnO₂ was the best catalyst for catalytic oxidation of HCHO among four types of MnO₂ catalyst.

A series of CeO2 promoted cobalt spinel catalysts were prepared by the co-precipitation method and tested for the decomposition of nitrous oxide (N2O). Addition of CeO2 to Co3O4 led to an improvement in the catalytic activity for N2O decomposition. The catalyst was most active when the molar ratio of Ce/Co was around 0.05. Complete N2O conversion could be attained over the CoCe0.05 catalyst below 400 °C even in the presence of O2, H2O or NO. Methods of XRD, FE-SEM, BET, XPS, H2-TPR and O2-TPD were used to characterize these catalysts. The analytical results indicated that the addition of CeO2 could increase the surface area of Co3O4, and then improve the reduction of Co3+ to Co2+ by facilitating the desorption of adsorbed oxygen species, which is the rate-determining step of the N2O decomposition over cobalt spinel catalyst. We conclude that these effects, caused by the addition of CeO2, are responsible for the enhancement of catalytic activity of Co3O4.