VOCs oxidation over transition metal catalyst is commonly understood via the Mars-van Krevelen mechanism involving the crucial role of lattice oxygen (OL) activity, however, how it is influenced by atomic coordination is still unclear. Herein, we use model catalysts of Cu2O-cub, Cu2O-oct and Cu2O-dod with crystal planes of (100), (111) and (110), respectively, to investigate the OL activity and catalytic oxidation of toluene. The activity of Cu2O-oct is found to be the highest, followed by Cu2O-cub and Cu2O-dod. Experiments results combined with density functional theory show that, although low di-coordinated O atoms leads to the lowest surface oxygen vacancy formation energy (2.47 eV) and the highest surface OL activity of Cu2O-cub, it cannot determine the activity. The lowest bulk oxygen vacancy formation energy (3.16 eV) in Cu2O-oct terminated with tri-coordinated O atoms and open surface can accelerate the migration and replenishment of OL, thereby promoting the catalytic activity.

中文翻译：

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原子配位对晶格氧活性和甲苯对常规 Cu2O 晶体催化氧化的影响


通常通过涉及晶格氧 （OL） 活性的关键作用的 Mars-van Krevelen 机制来理解过渡金属催化剂上的 VOCs 氧化，但是，它如何受到原子配位的影响仍不清楚。在此，我们使用晶面分别为 （100）、（111） 和 （110） 的 Cu2O-cub、Cu2O-oct 和 Cu2O-dod 模型催化剂来研究甲苯的 OL 活性和催化氧化。发现 Cu2O-oct 的活性最高，其次是 Cu2O-cub 和 Cu2O-dod。实验结果结合密度泛函理论表明，虽然低双配位 O 原子导致 Cu2O-cub 表面氧空位形成能最低 （2.47 eV） 和最高表面 OL 活性，但它无法确定活性。Cu2O-oct 中最低的体氧空位形成能 （3.16 eV） 以三配位 O 原子和开放表面终止，可以加速 OL 的迁移和补充，从而促进催化活性。