
Citation: Yu Aung May, Wei-Wei Wang, Han Yan, Shuai Wei, Chun-Jiang Jia. Insights into facet-dependent reactivity of CuO-CeO2 nanocubes and nanorods as catalysts for CO oxidation reaction[J]. Chinese Journal of Catalysis, 2020, 41(6): 1017-1027. doi: 10.1016/S1872-2067(20)63533-1

CO氧化反应中的二氧化铈晶面效应
近年来,负载型CeO2催化剂因其能稳定分散金属,通过金属-载体相互作用调控界面电子结构并表现出优异的催化活性而引起广泛关注,其中晶面效应在负载型CeO2催化体系中显得较为复杂.铜铈催化剂被认为是非常经济有效的CO氧化催化剂,然而由于制备和测试条件差异导致的CeO2晶面对铜铈催化剂催化CO氧化活性的影响规律并不统一.我们之前的研究工作发现纳米棒CeO2-{110}晶面上的Cu-[Ox]-Ce结构不利于形成Cu(I),而纳米颗粒CeO2-{111}晶面上的CuOx团簇很容易形成Cu(I),从而对CO催化氧化极为有利,这与纯载体CeO2的规律并不一致.与此同时,对于铜负载的CeO2纳米棒(NR)及纳米立方体(NC)所体现的性质及活性差异缺少系统深入的研究.
在上述工作基础上,我们采用沉积沉淀法在CeO2NR及CeO2NC上负载1% wt的铜分别得到1CuCe NR和1CuCe NC,并对所合成催化剂的结构和吸附性能进行了表征.高分辨透射电镜(HRTEM)照片显示,CeO2纳米棒主要暴露{110}晶面,而CeO2纳米立方体以{100}晶面为主.催化测试结果表明,1CuCe NC在130 ℃时CO已完全转化为CO2,而相同温度下1CuCe NR只有50%转化.进一步通过氢气程序升温还原(H2-TPR)和一氧化碳程序升温脱附(CO-TPD)分析发现,1CuCe NC催化剂具有较强的还原性且表面氧物种含量高.此外,X射线光电子能谱(XPS)和in situ DRIFTS研究表明,1CuCe NC促进Cu(I)位点生成,导致活性Cu(I)-CO物种增多,这些优异的化学性质导致其具有较高的催化CO氧化活性.
-
关键词:
- CuO-CeO2催化剂
- / 晶面效应
- / CO催化氧化
- / 氧化还原性质
- / 活性位
English
Insights into facet-dependent reactivity of CuO-CeO2 nanocubes and nanorods as catalysts for CO oxidation reaction
-
Key words:
- Copper-ceria catalyst
- / Crystal facets
- / CO oxidation
- / Redox property
- / Active site
-
-
[1] A. Trovarelli, Catal. Rev. Sci. Eng., 1996, 38, 439-520.
-
[2] H. S. Gandhi, G. W. Graham, R. W. McCabe, J. Catal., 2003, 216, 433-442.
-
[3] C. Schilling, M. V. Ganduglia-Pirovano, C. Hess, J. Phys. Chem. Lett., 2018, 9, 6593-6598.
-
[4] S. Park, J. M. Vohs, R. J. Gorte, Nature, 2000, 404, 265-267.
-
[5] K. B. Zhou, X. Wang, X. M. Sun, Q. Peng, Y. D. Li, J. Catal., 2005, 229, 206-212.
-
[6] P. X. Huang, F. Wu, B. L. Zhu, X. P. Gao, H. Y. Zhu, T. Y. Yan, W. P. Huang, S. H. Wu, D. Y. Song, J. Phys. Chem. B, 2005, 109, 19169-19174.
-
[7] U. M. Bhatta, D. Reid, T. Sakthivel, T. X. T. Sayle, D. Sayle, M. Molinari, S. C. Parker, I. M. Ross, S. Seal, G. Möbus, J. Phys. Chem. C, 2013, 117, 24561-24569.
-
[8] P. Sudarsanam, B. Hillary, B. Mallesham, B. G. Rao, M. H. Amin, A. Nafady, A. M. Alsalme, B. M. Reddy, S. K. Bhargava, Langmuir, 2016, 32, 2208-2215.
-
[9] S. Agarwal, X. Zhu, E. J. M. Hensen, B. L. Mojet, L. Lefferts, J. Phys. Chem. C, 2015, 119, 12423-12433.
-
[10] E. Aneggi, D. Wiater, C. de Leitenburg, J. Llorca, A. Trovarelli, ACS Catal., 2014, 4, 172-181.
-
[11] A. Trovarelli, J. Llorca, ACS Catal., 2017, 7, 4716-4735.
-
[12] Y. Cao, L, Zhao, T. Gutmann, Y. P. Xu, L. Dong, G. Buntkowsky, F. Gao, J. Phys. Chem. C, 2018, 122, 20402-20409.
-
[13] Y. Y. Lin, Z. L. Wu, J. G. Wen, K. L. Ding, X. Y. Yang, K. R. Poeppelmeier, L. D. Marks, Nano Lett., 2015, 15, 5375-5381.
-
[14] M. Cargnello, P. Fornasiero, R. J. Gorte, Catal. Lett., 2012, 142, 1043-1048.
-
[15] M. Konsolakis, Z. Ioakeimidis, Appl. Surf. Sci., 2014, 320, 244-255.
-
[16] S. Gatla, D. Aubert, G. Agostini, O. Mathon, S. Pascarelli, T. Lunkenbein, M. G. Willinger, H. Kaper, ACS Catal., 2016, 6, 6151-6155.
-
[17] Z. C. Zhang, B. Xu, X. Wang, Chem. Soc. Rev., 2014, 43, 7870-7886.
-
[18] R. Si, M. Flytzani-Stephanopoulos, Angew. Chem. Int. Ed., 2008, 47, 2884-2887.
-
[19] Z. Hu, X. F. Liu, D. M. Meng, Y. Guo, Y. L. Guo, G. Z. Lu, ACS Catal., 2016, 6, 2265-2279.
-
[20] M. Zabilskiy, P. Djinovic, E. Tchernychova, O. P. Tkachenko, L. M. Kustov, A. Pintar, ACS Catal., 2015, 5, 5357-5365.
-
[21] Z. L. Wu, M. J. Li, J. Howe, H. M. Meyer III, S. H. Overbury, Langmuir, 2010, 26, 16595-16606.
-
[22] M. Nolan, S. C. Parker, G. W. Watson, Surf. Sci., 2005, 595, 223-232.
-
[23] H. X. Mai, L. D. Sun, Y. W. Zhang, R. Si, W. Feng, H. P. Zhang, H. C. Liu, C. H. Yan, J. Phys. Chem. B, 2005, 109, 24380-24385.
-
[24] C. W. Yang, X. J. Yu, S. Heißler, P. G. Weidler, A. Nefedov, Y. M. Wang, C. Wöll, T. Kropp, J. Paier, J. Sauer, Angew. Chem. Int. Ed., 2017, 56, 16399-16404.
-
[25] Z. L. Wu, M. J. Li, S. H. Overbury, J. Catal., 2012, 285, 61-73.
-
[26] M. Piumetti, T. Andana, S. Bensaid, N. Russo, D. Fino, R. Pirone, Nanoscale. Res. Lett., 2016,11, 165.
-
[27] G. N. Li, B. H. Wu, L. Li, J. Mol. Catal. A, 2016, 424, 304-310.
-
[28] J. Gimenez-Manogil, A. Garcia-Garcia, Appl. Catal. A, 2017, 542, 226-239.
-
[29] S. S. Sun, D. S. Mao, J. Yu, Z. Q. Yang, G. Z. Lu, Z. Ma, Catal. Sci. Technol., 2015, 5(6), 3166-3181.
-
[30] W. W. Wang, W. Z. Yu, P. P. Du, H. Xu, Z. Jin, R. Si, C. Ma, S. Shi, C. J. Jia, C. H. Yan, ACS Catal., 2017, 7, 1313-1329.
-
[31] M. Lykakia, E. Pachatouridoub, S. A. C. Carabineiro, E. Iliopoulou, C. Andriopoulou, N. Kallithrakas-Kontos, S. Boghosian, M. Konsolakis, Appl. Catal. B, 2018, 230, 18-28.
-
[32] G. M. Lyu, Y. J. Wang, X. Huang, H. Y. Zhang, L. D. Sun, Y. J. Liu, C. H. Yan, Nanoscale, 2016, 8, 7923-7932.
-
[33] X. J. Yao, L. Chen, J. Cao, F. M. Yang, W. Tan, L. Dong, Ind. Eng. Chem. Res., 2018, 57, 37, 12407-12419.
-
[34] Y. Liu, C. Wen, Y. Guo, G. Z. Lu, Y. Q. Wang, J. Mol. Catal. A, 2010, 316, 59-64.
-
[35] S. Y. Lai, Y. F. Qiu, S. J. Wang, J. Catal., 2006, 237, 303-313.
-
[36] L. Qi, Q. Yu, Y. Dai, C. J. Tang, L. J. Liu, H. L. Zhang, F. Gao, L. Dong, Y. Chen, Appl. Catal. B, 2012, 119-120, 308-320.
-
[37] C. Shi, H. Chang, C. Wang, T. Zhang, Y. Peng, M. G. Li, Y. Y. Wang, Ind. Eng. Chem. Res., 2018, 57, 3, 920-926.
-
[38] D. K. Chen, D. D. He, J. C. Lu, L. P. Zhong, F. Liu, J. P. Liu, J. Yu, G. P. Wan, S. F. He, Y. M. Luo, Appl. Catal. B, 2017, 218, 249-259.
-
[39] W. W. Wang, P. P. Du, S. H. Zou, H. Y. He, R. X. Wang, Z. Jin, S. Shi, Y. Y. Huang, R. Si, Q. S. Song, C. J. Jia, C. H. Yan, ACS Catal., 2015, 5, 2088-2099.
-
[40] W. Q. Song, A. S. Poyraz, Y. T. Meng, Z. Ren, S. Y. Chen, S. L. Suib, Chem. Mater., 2014, 26, 4629-4639.
-
[41] A. Hornes, P. Bera, A. L. Camara, D. Gamarra, G. Munuera, A. Martinez-Arias, J. Catal., 2009, 268, 367-375.
-
[42] M. Manzoli, R. D. Monte, F. Boccuzzi, S. Coluccia, J. Kaspar, Appl. Catal. B, 2005, 61, 192-205.
-
[43] R. Kydd, D. Ferri, P. Hug, J. Scott, W. Y. Teoh, R. Amal, J. Catal., 2011, 277, 64-71.
-
[44] X. L. Guo, R. X. Zhou, Catal. Sci. Technol., 2016, 6, 3862-3871.
-
[45] M. B. Padley, C. H. Rochester, G. J. Hutchings, F. King, J. Catal., 1994, 148, 438-452.
-
[46] S. Wei, X. P. Fu, W. W. Wang, Z. Jin, Q. S. Song, C. J. Jia, J. Phys. Chem. C, 2018, 122, 4928-4936.
-
[47] M. Tinoco, S. Fernandez-Garcia, M. Lopez-Haro, A. b. Hungria, X. Chen, G. Blanco, J. A. Perez-Omil, S. E. Collins, H. Okuno, J. J Calvino, ACS Catal., 2015, 5, 3504-3513.
-
[48] N. Ta, J. Y. Liu, S. Chenna, P. A. Crozier, Y. Li, A. Chen, W. J. Shen, J. Am. Chem. Soc., 2012, 134, 20585-20588.
-
-

计量
- PDF下载量: 54
- 文章访问数: 2990
- HTML全文浏览量: 778