金属核及氧化铈的物理化学性质对一氧化碳氧化的影响

Linxi Wang Shyam Deo Kerry Dooley Michael J. Janik Robert M. Rioux

引用本文: Linxi Wang,  Shyam Deo,  Kerry Dooley,  Michael J. Janik,  Robert M. Rioux. 金属核及氧化铈的物理化学性质对一氧化碳氧化的影响[J]. 催化学报, 2020, 41(6): 951-962. doi: 10.1016/S1872-2067(20)63557-4 shu
Citation:  Linxi Wang,  Shyam Deo,  Kerry Dooley,  Michael J. Janik,  Robert M. Rioux. Influence of metal nuclearity and physicochemical properties of ceria on the oxidation of carbon monoxide[J]. Chinese Journal of Catalysis, 2020, 41(6): 951-962. doi: 10.1016/S1872-2067(20)63557-4 shu

金属核及氧化铈的物理化学性质对一氧化碳氧化的影响

摘要: 氧化铈独特的氧化还原性能使其适合用作氧化反应中的催化剂或载体.氧化铈负载的过渡金属纳米粒子或孤立的单原子提供了金属-载体界面,从而降低了去除界面氧原子的能耗,提供了可以参与Man Van Kulvian氧化过程的活性氧物种.CO氧化是测试氧化铈负载催化剂还原性的主要探针反应,并且它常见于在相对低温下消除CO的各种应用中.在过量H2中优先氧化CO(PROX)反应可控制CO浓度达到超低水平,以防止氢氧化电催化剂中毒.催化剂在CO氧化反应中的活性和在PROX反应中对CO和H2的选择性取决于金属物种的种类和分散性、CeO2的结构和化学性质以及催化剂的合成方法.在这篇综述中,我们总结了最近发表的关于CeO2负载的金属纳米粒子和单原子催化CO氧化和PROX反应的相关工作;以及不同的负载金属和同种金属在普通CeO2表面上的反应性.我们还总结了密度泛函理论计算中提出的最可能的反应机理;并且讨论了各种负载型金属在PROX反应中影响CO氧化选择性的因素.

English

    1. [1] H. S. Gandhi, A. G. Piken, M. Shelef, R. G. Delosh, SAE Tech. Pap., 1976, 760201.

    2. [2] T. Montini, M. Melchionna, M. Monai, P. Fornasiero, Chem. Rev., 2016, 116, 5987-6041.

    3. [3] E. Aneggi, M. Boaro, C. De Leitenburg, G. Dolcetti, A. Trovarelli, J. Alloys Compd., 2006, 408-412, 1096-1102.

    4. [4] R. J. Gorte, AIChE J., 2010, 56, 1126-1135.

    5. [5] A. Trovarelli, C. De Leitenburg, M. Boaro, G. Dolcetti, Catal. Today, 1999, 50, 353-367.

    6. [6] L. Liu, A. Corma, Chem. Rev., 2018, 118, 4981-5079.

    7. [7] L. R. Morss, Handbook on the Physics and Chemistry of Rare Earths; Elsevier:New York, 1994, Vol. 18.

    8. [8] D. R. Mullins, Surf. Sci. Rep., 2015, 70, 42-85.

    9. [9] G. J. VanHandel, R. N. Blumenthal, J. Electrochem. Soc., 1974, 121, 1198-1202.

    10. [10] Z. Wu, M. Li, J. Howe, H. M. Meyer Iii, S. H. Overbury, Langmuir, 2010, 26, 16595-16606.

    11. [11] P. Mars, D. W. Van Krevelen, Chem. Eng. Sci., 1954, 3, 41-59.

    12. [12] R. Burch, Phys. Chem. Chem. Phys., 2006, 8, 5483-5500.

    13. [13] F. Mariño, G. Baronetti, M. Laborde, N. Bion, A. Le Valant, F. Epron, D. Duprez, Int. J. Hydrogen Energy, 2008, 33, 1345-1353.

    14. [14] M. Piumetti, T. Andana, S. Bensaid, N. Russo, D. Fino, R. Pirone, Nanoscale Res. Lett., 2016, 11, 1-8.

    15. [15] T. Désaunay, G. Bonura, V. Chiodo, S. Freni, J. P. Couzinié, J. Bourgon, A. Ringuedé, F. Labat, C. Adamo, M. Cassir, J. Catal., 2013, 297, 193-201.

    16. [16] A. Cao, R. Lu, G. Veser, Phys. Chem. Chem. Phys., 2010, 12, 13499-13510.

    17. [17] J. Paier, C. Penschke, J. Sauer, Chem. Rev., 2013, 113, 3949-3985.

    18. [18] A. Ruiz Puigdollers, P. Schlexer, S. Tosoni, G. Pacchioni, ACS Catal., 2017, 7, 6493-6513.

    19. [19] D. B. Pal, R. Chand, S. N. Upadhyay, P. K. Mishra, Renew. Sustain. Energy Rev., 2018, 93, 549-565.

    20. [20] J. Liu, ACS Catal., 2017, 7, 34-58.

    21. [21] B. C. Gates, Trends Chem., 2019, 1, 99-110.

    22. [22] B. Han, R. Lang, B. Qiao, A. Wang, T. Zhang, Chin. J. Catal., 2017, 38, 1498-1507.

    23. [23] B. Hammer, J. K. Nerskov, Nature, 1995, 376, 238-240.

    24. [24] M. A. Centeno, T. Ramírez Reina, S. Ivanova, O. H. Laguna, J. A. Odriozola, Catalysts, 2016, 6, 158/1-158/30.

    25. [25] M. Han, X. Wang, Y. Shen, C. Tang, G. Li, R. L. Smith, J. Phys. Chem. C, 2010, 114, 793-798.

    26. [26] J. Guzman, S. Carrettin, A. Corma, J. Am. Chem. Soc., 2005, 127, 3286-3287.

    27. [27] S. Carrettin, P. Concepción, A. Corma, J. M. López Nieto, V. F. Puntes, Angew. Chemie Int. Ed., 2004, 43, 2538-2540.

    28. [28] M. Boronat, A. Leyva-Perez, A. Corma, Acc. Chem. Res., 2014, 47, 834-844.

    29. [29] J. A. von Bokhoven, J. T. D. Miller, J. Phys. Chem. C, 2007, 111, 9245-9249.

    30. [30] A. Y. Klyushin, M. T. Greiner, X. Huang, T. Lunkenbein, X. Li, O. Timpe, M. Friedrich, M. Hävecker, A. Knop-Gericke, R. Schlögl, Acs Catal., 2016, 6, 3372-3380.

    31. [31] S. Zhang, X.-S. Li, B. Chen, X. Zhu, C. Shi, A.-M. Zhu, ACS Catal., 2014, 4, 3481-3489.

    32. [32] A. Tereshchenko, V. Polyakov, A. Guda, T. Lastovina, Y. Pimonova, A. Bulgakov, A. Tarasov, L. Kustov, V. Butova, A. Trigub, A. Soldatov, Catalysts, 2019, 9, 385.

    33. [33] Y. Yang, K. M. Saoud, V. Abdelsayed, G. Glaspell, S. Deevi, M. S. El-Shall, Catal. Commun., 2006, 7, 281-284.

    34. [34] Z. Hu, X. Liu, D. Meng, Y. Guo, Y. Guo, G. Lu, ACS Catal., 2016, 6, 2265-2279.

    35. [35] H.-H. Liu, Y. Wang, A.-P. Jia, S.-Y. Wang, F. Luo, J.-Q. Lu, Appl. Surf. Sci., 2014, 314, 725-734.

    36. [36] O. Pozdnyakova, D. Teschner, A. Wootsch, J. Kröhnert, B. Steinhauer, H. Sauer, L. Toth, F. C. Jentoft, A. Knop-Gericke, Z. Paál, R. Schloegl, J. Catal., 2006, 237, 1-16.

    37. [37] P. Bera, A. Gayen, M. S. Hegde, N. P. Lalla, L. Spadaro, F. Frusteri, F. Arena, J. Phys. Chem. B, 2003, 107, 6122-6130.

    38. [38] Y. Gao, W. Wang, S. Chang, W. Huang, ChemCatChem, 2013, 5, 3610-3620.

    39. [39] C. S. Polster, R. Zhang, M. T. Cyb, J. T. Miller, C. D. Baertsch, J. Catal., 2010, 273, 50-58.

    40. [40] M. Cargnello, V. V. T. Doan-Nguyen, T. R. Gordon, R. E. Diaz, E. A. Stach, R. J. Gorte, P. Fornasiero, C. B. Murray, Science, 2013, 341, 771-773.

    41. [41] F. Morfin, T.-S. Nguyen, J.-L. Rousset, L. Piccolo, Appl. Catal. B, 2016, 197, 2-13.

    42. [42] W. Song, E. J. M. Hensen, Catal. Sci. Technol., 2013, 3,3020-3029.

    43. [43] Q. Fu, H. Saltsburg, M. Flytzani-Stephanopoulos, Science, 2003, 301, 935-938.

    44. [44] H. Y. Kim, H. M. Lee, G. Henkelman, J. Am. Chem. Soc., 2012, 134, 1560-1570.

    45. [45] H. Ha, S. Yoon, K. An, H. Y. Kim, ACS Catal., 2018, 8, 11491-11501.

    46. [46] W. Song, Y. Su, E. J. M. Hensen, J. Phys. Chem. C, 2015, 119, 27505-27511.

    47. [47] C. J. Zhang, P. Hu, J. Am. Chem. Soc., 2001, 123, 1166-1172.

    48. [48] F. Mariño, C. Descorme, Duprez, D. Appl. Catal. B, 2004, 54, 59-66.

    49. [49] O. Pozdnyakova, D. Teschner, A. Wootsch, J. Kröhnert, B. Steinhauer, H. Sauer, L. Toth, F. C. Jentoft, A. Knop-Gericke, Z. Paál, R. Schloegl, J. Catal., 2006, 237, 17-28.

    50. [50] D. Teschner, A. Wootsch, O. Pozdnyakova-Tellinger, J. Kröhnert, E. M. Vass, M. Hävecker, S. Zafeiratos, P. Schnörch, P. C. Jentoft, A. Knop-Gericke, R. Schloegl, J. Catal., 2007, 249, 318-327.

    51. [51] O. Pozdnyakova-Tellinger, D. Teschner, J. Kröhnert, F. C. Jentoft, A. Knop-Gericke, R. Schlögl, A. Wootsch, J. Phys. Chem. C, 2007, 111, 5426-5431.

    52. [52] A. Luengnaruemitchai, S. Osuwan, E. Gulari, Int. J. Hydrogen Energy, 2004, 29, 429-435.

    53. [53] F. Arena, P. Famulari, G. Trunfio, G. Bonura, F. Frusteri, L. Spadaro, Appl. Catal. B, 2006, 66, 81-91.

    54. [54] S. Scirè, C. Crisafulli, P. M. Riccobene, G. Patanè, A. Pistone, Appl. Catal. A, 2012, 417-418, 66-75.

    55. [55] W. Deng, J. De Jesus, H. Saltsburg, M. Flytzani-Stephanopoulos, Appl. Catal. A, 2005, 291, 126-135.

    56. [56] M. Cargnello, C. Gentilini, T. Montini, E. Fonda, S. Mehraeen, M. Chi, M. Herrera-Collado, N. D. Browning, S. Polizzi, L. Pasquato, P. Fornasiero, Chem. Mater., 2010, 22, 4335-4345.

    57. [57] G. Avgouropoulos, T. Ioannides, H. K. Matralis, J. Batista, S. Hocevar, Catal. Lett., 2001, 73, 33-40.

    58. [58] J. da, S. L. Fonseca, H. S. Ferreira, N. Bion, L. Pirault-Roy, M. Do, M. do C. Rangel, D. Duprez, F. Epron, Catal. Today, 2012, 180, 34-41.

    59. [59] N. Bion, E. Florence, M. Moreno, F. Marino, D. Duprez, Top. Catal., 2008, 51, 76-88.

    60. [60] L.-C. Chung, C.-T. Yeh, Catal. Commun., 2008, 9, 670-674.

    61. [61] C. R. Jung, J. Han, S. W. Nam, T.-H. Lim, S.-A. Hong, H.-I. Lee, Catal. Today, 2004, 93-95, 183-190.

    62. [62] C. G. Maciel, T. de F. Silva, M. I. Hirooka, M. N. Belgacem, J. M. Assaf, Fuel, 2012, 97, 245-252.

    63. [63] D. Gamarra, C. Belver, M. Ferná Ndez-García, A. Martínez-Arias, J. Am. Chem. Soc., 2007, 129, 12064-12065.

    64. [64] A. Hornés, A. B. Hungría, P. Bera, A. Ló pez Cá mara, M. Ferná ndez-García, A. Martínez-Arias, L. Barrio, M. Estrella, G. Zhou, J. J. Fonseca, J. C. Hanson, J. A. Rodriguez, J. Am. Chem. Soc., 2010, 132, 34-35.

    65. [65] X. Guo, R. Zhou, Catal. Sci. Technol., 2016, 6, 3862-3871.

    66. [66] M. Monte, G. Munuera, D. Costa, J. C. Conesa, A. Martínez-Arias, Phys. Chem. Chem. Phys., 2015, 17, 29995-30004.

    67. [67] Y. Xie, J. Wu, G. Jing, H. Zhang, S. Zeng, X. Tian, X. Zou, J. Wen, H. Su, C.-J. Zhong, P. Cui, Appl. Catal. B, 2018, 239, 665-676.

    68. [68] M. Monte, D. Gamarra, A. López Cámara, S. B. Rasmussen, N. Gyorffy, Z. Schay, A. Martínez-Arias, J. C. Conesa, Catal. Today, 2014, 229, 104-113.

    69. [69] G. Jing, L. Zhang, Y. Ma, J. Wu, Q. Wang, G. Wu, L. Yan, S. Zeng, CrystEngComm, 2019, 21, 363-371.

    70. [70] B. Qiao, J. Liu, Y.-G. Wang, Q. Lin, X. Liu, A. Wang, J. Li, T. Zhang, J. Liu, ACS Catal., 2015, 5, 6249-6254.

    71. [71] K. Ding, A. Gulec, A. M Johnson, N. M. Schweitzer, G. D. Stucky, L. D. Marks, P. C. Stair, Science, 2015, 350, 189-192.

    72. [72] V. L. Zholobenko, G.-D. Lei, B. T. Carvill, B. A. Lerner, W. M. H. Sachtler, J. Chem. Soc. Faraday Trans., 1994, 90, 233-238.

    73. [73] L. DeRita, S. Dai, K. Lopez-Zepeda, N. Pham, G. W. Graham, X. Pan, P. Christopher, J. Am. Chem. Soc., 2017, 139, 14150-14165.

    74. [74] J. Li, Y. Tang, Y. Ma, Z. Zhang, F. Tao, Y. Qu, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2018, 10, 38140.

    75. [75] C. Wang, X.-K. Gu, H. Yan, Y. Lin, J. Li, D. Liu, W.-X. Li, J. Lu, ACS Catal., 2017, 7, 887-891.

    76. [76] L. Nie, D. Mei, H. Xiong, B. Peng, Z. Ren, X. I. Pereira Hernandez, A. De la Riva, M. Wang, M. H. Engelhard, L. Kovarik, A. K. Datye, Y. Wang, Science, 2017, 358, 1419-1423.

    77. [77] H. Wang, J. Shen, J. Huang, T. Xu, J. Zhu, Y. Zhu, C. Li, Nanoscale, 2017, 9, 16817-16825.

    78. [78] G. Spezzati, Y. Su, J. P. Hofmann, A. D. Benavidez, A. T. DeLaRiva, J. McCabe, A. K. Datye, E. J. M. Hensen, ACS Catal., 2017, 7, 6887-6891.

    79. [79] G. Spezzati, A. D. Benavidez, A. T. DeLaRiva, Y. Su, J. P. Hofmann, S. Asahina, E. J. Olivier, J. H. Neethling, J. T. Miller, A. K. Datye, E. J. M. Hensen, Appl. Catal. B, 2019, 243, 36-46.

    80. [80] Y.-Q. Su, I. A. W. Filot, J.-X. Liu, E. J. M. Hensen, ACS Catal., 2018, 8, 75-80.

    81. [81] W. Song, E. J. M. Hensen, J. Phys. Chem. C, 2013, 117, 7721-7726.

    82. [82] M. Farnesi Camellone, S. Fabris, J. Am. Chem. Soc., 2009, 131, 10473-10483.

    83. [83] J.-C. Liu, Y.-G. Wang, J. Li, J. Am. Chem. Soc., 2017, 139, 6190-6199.

    84. [84] Y. G. Wang, D. Mei, V. A. Glezakou, J. Li, R. Rousseau, Nat. Commun., 2015, 6, 6511.

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  1
  • 文章访问数:  28
  • HTML全文浏览量:  2
文章相关
  • 收稿日期:  2019-11-05
  • 修回日期:  2019-12-02
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章