石墨烯负载MnOx催化剂的制备及其低温NH3-SCR活性

焦金珍 李时卉 黄碧纯

引用本文: 焦金珍, 李时卉, 黄碧纯. 石墨烯负载MnOx催化剂的制备及其低温NH3-SCR活性[J]. 物理化学学报, 2015, 31(7): 1383-1390. doi: 10.3866/PKU.WHXB201504292 shu
Citation:  JIAO Jin-Zhen, LI Shi-Hui, HUANG Bi-Chun. Preparation of Manganese Oxides Supported on Graphene Catalysts and Their Activity in Low-Temperature NH3-SCR[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2015, 31(7): 1383-1390. doi: 10.3866/PKU.WHXB201504292 shu

石墨烯负载MnOx催化剂的制备及其低温NH3-SCR活性

  • 基金项目:

    国家自然科学基金(51478191)资助项目 (51478191)

摘要:

通过改进的Hummers法合成氧化石墨烯( ), 随后采用水热法制备石墨烯负载锰氧化物(MnOx/GR)催化剂. 考察了催化剂的低温NH3选择性催化还原(NH3-SCR)去除NOx的性能, 并通过傅里叶变换红外(FTIR)光谱, 拉曼(Raman)光谱, X射线衍射(XRD), 透射电镜(TEM), N2吸附-脱附, X射线光电子能谱(XPS)及H2程序升温还原(H2-TPR)等多种表征手段对催化剂的结构及NH3-SCR性能进行分析. 结果显示, 不同MnOx负载量的MnOx/GR催化剂均展现了较好的低温SCR催化活性, 且在负载量为20%(w)时活性最优. 表征分析结果表明, 制备的 表面含有丰富的含氧基团, 锰可以通过与含氧基团结合而负载到 上; MnOx/GR催化剂中MnOx以纳米颗粒分散于石墨烯载体表面, 且以多种氧化物(MnO、Mn3O4和MnO2)共同存在; 负载量为20%(w)的催化剂中高价锰和表面吸附氧含量增加, 低温区氧化还原能力增强及活性位点数量增加是其SCR活性提高的原因.

English

    1. [1]

      (1) Qi, G.; Yang, R.T. Appl. Catal. B: Environ. 2003, 44, 217. doi: 10.1016/S0926-3373(03)00100-0

      (1) Qi, G.; Yang, R.T. Appl. Catal. B: Environ. 2003, 44, 217. doi: 10.1016/S0926-3373(03)00100-0

    2. [2]

      (2) Park, T. S.; Jeong, S. K.; Hong, S. H.; Hong, S. C. Ind. Eng. Chem. Res. 2001, 40, 4491. doi: 10.1021/ie010218+(2) Park, T. S.; Jeong, S. K.; Hong, S. H.; Hong, S. C. Ind. Eng. Chem. Res. 2001, 40, 4491. doi: 10.1021/ie010218+

    3. [3]

      (3) Huang, B. C.; Huang, R.; Jin, D. J.; Ye, D. Q. Catal. Today 2007, 126, 279. doi: 10.1016/j.cattod.2007.06.002(3) Huang, B. C.; Huang, R.; Jin, D. J.; Ye, D. Q. Catal. Today 2007, 126, 279. doi: 10.1016/j.cattod.2007.06.002

    4. [4]

      (4) Thirupathi, B.; Smirniotis, P. G. Appl. Catal. B: Environ. 2011, 110, 195. doi: 10.1016/j.apcatb.2011.09.001(4) Thirupathi, B.; Smirniotis, P. G. Appl. Catal. B: Environ. 2011, 110, 195. doi: 10.1016/j.apcatb.2011.09.001

    5. [5]

      (5) Huang, P.; Pan, S.W.; Huang, B. C.; Cheng, H.; Ye, D. Q.; Wu, J. L.; Fu, M. L.; Lu, S. L. Acta Phys. -Chim. Sin. 2013, 29, 176. [黄萍, 盘思伟, 黄碧纯, 程华, 叶代启, 吴军良, 付名利, 卢圣良. 物理化学学报, 2013, 29, 176.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201210094(5) Huang, P.; Pan, S.W.; Huang, B. C.; Cheng, H.; Ye, D. Q.; Wu, J. L.; Fu, M. L.; Lu, S. L. Acta Phys. -Chim. Sin. 2013, 29, 176. [黄萍, 盘思伟, 黄碧纯, 程华, 叶代启, 吴军良, 付名利, 卢圣良. 物理化学学报, 2013, 29, 176.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201210094

    6. [6]

      (6) Ma, Z. X.; Yang, H. S.; Liu, F.; Zhang, X. B. Appl. Catal. A: Gen. 2013, 467, 450. doi: 10.1016/j.apcata.2013.08.020(6) Ma, Z. X.; Yang, H. S.; Liu, F.; Zhang, X. B. Appl. Catal. A: Gen. 2013, 467, 450. doi: 10.1016/j.apcata.2013.08.020

    7. [7]

      (7) Tang, X. L.; Hao, J. M.; Yi, H. H.; Li, J. H. Catal. Today 2007, 126, 406. doi: 10.1016/j.cattod.2007.06.013(7) Tang, X. L.; Hao, J. M.; Yi, H. H.; Li, J. H. Catal. Today 2007, 126, 406. doi: 10.1016/j.cattod.2007.06.013

    8. [8]

      (8) Masaaki, Y.; Akinori, Y.; Isao, Mochida. Appl. Catal. A 1998, 173, 239. doi: 10.1016/S0926-860X(98)00182-3(8) Masaaki, Y.; Akinori, Y.; Isao, Mochida. Appl. Catal. A 1998, 173, 239. doi: 10.1016/S0926-860X(98)00182-3

    9. [9]

      (9) Wang, L. S.; Huang, B. C.; Su, Y. X.; Zhou, G. Y.; Wang, K. L.; Luo, H. C.; Ye, D. Q. Chem. Eng. J. 2012, 192, 232. doi: 10.1016/j.cej.2012.04.012(9) Wang, L. S.; Huang, B. C.; Su, Y. X.; Zhou, G. Y.; Wang, K. L.; Luo, H. C.; Ye, D. Q. Chem. Eng. J. 2012, 192, 232. doi: 10.1016/j.cej.2012.04.012

    10. [10]

      (10) Fang, C.; Zhang, D. S.; Cai, S. X.; Zhang, L.; Huang, L.; Li, H. R.; Maitarad, P.; Shi, L. Y.; Gao, R. H.; Zhang, J. P. Nanoscale 2013, 5, 9199. doi: 10.1039/c3nr02631k(10) Fang, C.; Zhang, D. S.; Cai, S. X.; Zhang, L.; Huang, L.; Li, H. R.; Maitarad, P.; Shi, L. Y.; Gao, R. H.; Zhang, J. P. Nanoscale 2013, 5, 9199. doi: 10.1039/c3nr02631k

    11. [11]

      (11) Pourkhalil, M.; Moghaddam, A. Z.; Rashidi, A.; Towfighi, J.; Mortazavi, Y. Appl. Surf. Sci. 2013, 279, 250. doi: 10.1016/j.apsusc.2013.04.076(11) Pourkhalil, M.; Moghaddam, A. Z.; Rashidi, A.; Towfighi, J.; Mortazavi, Y. Appl. Surf. Sci. 2013, 279, 250. doi: 10.1016/j.apsusc.2013.04.076

    12. [12]

      (12) Li, N.; Geng, Z. F.; Cao, M. H.; Ren, L.; Zhao, X. Y.; Liu, B.; Tian, Y.; Hu, C.W. Carbon 2013, 54, 124. doi: 10.1016/j.carbon.2012.11.009(12) Li, N.; Geng, Z. F.; Cao, M. H.; Ren, L.; Zhao, X. Y.; Liu, B.; Tian, Y.; Hu, C.W. Carbon 2013, 54, 124. doi: 10.1016/j.carbon.2012.11.009

    13. [13]

      (13) Bruno, F. M.; Philippe, S. Catal. Sci. Technol. 2012, 2, 54.(13) Bruno, F. M.; Philippe, S. Catal. Sci. Technol. 2012, 2, 54.

    14. [14]

      (14) Moussa, S. O.; Panchakarla, L. S.; Ho, M. Q.; El-Shall, M. S. ACS Catal. 2014, 4, 535. doi: 10.1021/cs4010198(14) Moussa, S. O.; Panchakarla, L. S.; Ho, M. Q.; El-Shall, M. S. ACS Catal. 2014, 4, 535. doi: 10.1021/cs4010198

    15. [15]

      (15) Gilje, S.; Han, S.; Wang, M. S.; Wang, K. L.; Kaner, R. B. Nano Lett. 2007, 7, 3394. doi: 10.1021/nl0717715(15) Gilje, S.; Han, S.; Wang, M. S.; Wang, K. L.; Kaner, R. B. Nano Lett. 2007, 7, 3394. doi: 10.1021/nl0717715

    16. [16]

      (16) Chen, D. Y.; Chen, W. X.; Ma, L.; Ji, G.; Chang, K.; Lee, J. Y. Mater.Today 2014, 17, 184. doi: 10.1016/j.mattod.2014.04.001(16) Chen, D. Y.; Chen, W. X.; Ma, L.; Ji, G.; Chang, K.; Lee, J. Y. Mater.Today 2014, 17, 184. doi: 10.1016/j.mattod.2014.04.001

    17. [17]

      (17) Li, L.; Seng, K. H.; Liu, H. K.; Nevirkovets, I. P.; Guo, Z. P. Electrochim. Acta 2013, 87, 801. doi: 10.1016/j.electacta.2012.08.127(17) Li, L.; Seng, K. H.; Liu, H. K.; Nevirkovets, I. P.; Guo, Z. P. Electrochim. Acta 2013, 87, 801. doi: 10.1016/j.electacta.2012.08.127

    18. [18]

      (18) Li, M.; Liu, Q.; Jia, Z. J.; Xu, X. C.; Cheng, Y. F.; Zheng, Y. F.; Xi, T. F.; Wei, S. C. Carbon 2014, 67, 185. doi: 10.1016/j.carbon.2013.09.080(18) Li, M.; Liu, Q.; Jia, Z. J.; Xu, X. C.; Cheng, Y. F.; Zheng, Y. F.; Xi, T. F.; Wei, S. C. Carbon 2014, 67, 185. doi: 10.1016/j.carbon.2013.09.080

    19. [19]

      (19) Lu, X.; Song, C.; Chang, C.; Teng, Y.; Tong, Z.; Tang, X. Ind. Eng. Chem. Res. 2014, 53, 11601. doi: 10.1021/ie5016969(19) Lu, X.; Song, C.; Chang, C.; Teng, Y.; Tong, Z.; Tang, X. Ind. Eng. Chem. Res. 2014, 53, 11601. doi: 10.1021/ie5016969

    20. [20]

      (20) Romero, H. E.; Joshi, P.; Gupta, A. K.; Gutierrez, H. R.; Cole, M.W.; Tadigadapa, S. A.; Ekluud, P. C. Nanotechnology 2009, 20, 245501. doi: 10.1088/0957-4484/20/24/245501(20) Romero, H. E.; Joshi, P.; Gupta, A. K.; Gutierrez, H. R.; Cole, M.W.; Tadigadapa, S. A.; Ekluud, P. C. Nanotechnology 2009, 20, 245501. doi: 10.1088/0957-4484/20/24/245501

    21. [21]

      (21) Chen, S.; Zhu, J.W.; Wu, X. D.; Han, Q. F.; Wang, X. ACS Nano 2010, 4, 2822. doi: 10.1021/nn901311t(21) Chen, S.; Zhu, J.W.; Wu, X. D.; Han, Q. F.; Wang, X. ACS Nano 2010, 4, 2822. doi: 10.1021/nn901311t

    22. [22]

      (22) Marcano, D. C.; Kosynkin, D. V.; Berlin, J. M.; Sinitskii, A.; Sun, Z. Z.; Slesarev, A.; Alemany, L. B.; Lu, W.; Tour, J. M. ACS Nano 2010, 4, 4806. doi: 10.1021/nn1006368(22) Marcano, D. C.; Kosynkin, D. V.; Berlin, J. M.; Sinitskii, A.; Sun, Z. Z.; Slesarev, A.; Alemany, L. B.; Lu, W.; Tour, J. M. ACS Nano 2010, 4, 4806. doi: 10.1021/nn1006368

    23. [23]

      (23) Tang, X. L.; Hao, J. M.; Yi, H. H.; Ning, P. J. Rare Earths 2007, 25, 240. doi: 10.1016/S1002-0721(07)60479-7(23) Tang, X. L.; Hao, J. M.; Yi, H. H.; Ning, P. J. Rare Earths 2007, 25, 240. doi: 10.1016/S1002-0721(07)60479-7

    24. [24]

      (24) Jeong, H.; Lee, Y. P.; Jin, M. H.; Kim, E. S.; Bae, J. J.; Lee, Y. H. Chem. Phys. Lett. 2009, 470, 255. doi: 10.1016/j.cplett.2009.01.050(24) Jeong, H.; Lee, Y. P.; Jin, M. H.; Kim, E. S.; Bae, J. J.; Lee, Y. H. Chem. Phys. Lett. 2009, 470, 255. doi: 10.1016/j.cplett.2009.01.050

    25. [25]

      (25) Gu, Z.; Li, C.; Wang, G.; Zhang, L.; Li, X.; Wang, W.; Jin, S. J. Polym. Sci. Part B: Polym. Phys. 2010, 48, 1329. doi: 10.1002/polb.v48:12(25) Gu, Z.; Li, C.; Wang, G.; Zhang, L.; Li, X.; Wang, W.; Jin, S. J. Polym. Sci. Part B: Polym. Phys. 2010, 48, 1329. doi: 10.1002/polb.v48:12

    26. [26]

      (26) Kai, K.; Yoshida, Y.; Kobayashi, Y.; Kageyama, H.; Saito, G. Dalton Trans. 2011, 41, 825.(26) Kai, K.; Yoshida, Y.; Kobayashi, Y.; Kageyama, H.; Saito, G. Dalton Trans. 2011, 41, 825.

    27. [27]

      (27) Buciuman, F.; Patcas, F.; Craciun, R.; Zahn, D. R. T. Phys. Chem. Chem. Phys. 1999, 1, 185. doi: 10.1039/a807821a(27) Buciuman, F.; Patcas, F.; Craciun, R.; Zahn, D. R. T. Phys. Chem. Chem. Phys. 1999, 1, 185. doi: 10.1039/a807821a

    28. [28]

      (28) Ferrari, A. C.; Basko, D. M. Nat. Nanotechnology 2013, 8, 235. doi: 10.1038/nnano.2013.46(28) Ferrari, A. C.; Basko, D. M. Nat. Nanotechnology 2013, 8, 235. doi: 10.1038/nnano.2013.46

    29. [29]

      (29) Li, B.; Zhou, L.; Wu, D.; Peng, H. L.; Yan, K.; Zhou, Y.; Liu, Z. F. ACS Nano 2011, 5, 5957. doi: 10.1021/nn201731t(29) Li, B.; Zhou, L.; Wu, D.; Peng, H. L.; Yan, K.; Zhou, Y.; Liu, Z. F. ACS Nano 2011, 5, 5957. doi: 10.1021/nn201731t

    30. [30]

      (30) Voggu, R.; Das, B.; Rout, C. S.; Rao, C. N. R. J. Phys.: Condens. Matter 2008, 20, 472204. doi: 10.1088/0953-8984/20/47/472204(30) Voggu, R.; Das, B.; Rout, C. S.; Rao, C. N. R. J. Phys.: Condens. Matter 2008, 20, 472204. doi: 10.1088/0953-8984/20/47/472204

    31. [31]

      (31) Lee, J.; Novoselov, K. S.; Shin, H. S. ACS Nano 2011, 5, 608. doi: 10.1021/nn103004c(31) Lee, J.; Novoselov, K. S.; Shin, H. S. ACS Nano 2011, 5, 608. doi: 10.1021/nn103004c

    32. [32]

      (32) Jiang, L.; Yao, M.; Liu, B.; Li, Q.; Liu, R.; Lv, H.; Lu, S.; ng, C.; Zou, B.; Cui, T.; Liu, B. B. Crystengcomm 2013, 15, 3739. doi: 10.1039/c3ce27109a(32) Jiang, L.; Yao, M.; Liu, B.; Li, Q.; Liu, R.; Lv, H.; Lu, S.; ng, C.; Zou, B.; Cui, T.; Liu, B. B. Crystengcomm 2013, 15, 3739. doi: 10.1039/c3ce27109a

    33. [33]

      (33) Han, Y. F.; Chen, F. X.; Zhong, Z. Y.; Ramesh, K.; Widjaja, E.; Chen, L.W. Catal. Commun. 2006, 7, 739. doi: 10.1016/j.catcom.2006.08.006(33) Han, Y. F.; Chen, F. X.; Zhong, Z. Y.; Ramesh, K.; Widjaja, E.; Chen, L.W. Catal. Commun. 2006, 7, 739. doi: 10.1016/j.catcom.2006.08.006

    34. [34]

      (34) Huang, H. C.; Ye, D. Q.; Huang, B. C.; Wei, Z. L. Catal. Today 2008, 139, 100. doi: 10.1016/j.cattod.2008.08.028(34) Huang, H. C.; Ye, D. Q.; Huang, B. C.; Wei, Z. L. Catal. Today 2008, 139, 100. doi: 10.1016/j.cattod.2008.08.028

    35. [35]

      (35) Lu, P.; Li, C. T.; Zeng, G. M.; He, L. J.; Peng, D. L.; Cui, H. F.; Li, S. H.; Zhai, Y. B. Appl. Catal. B 2010, 96, 157. doi: 10.1016/j.apcatb.2010.02.014(35) Lu, P.; Li, C. T.; Zeng, G. M.; He, L. J.; Peng, D. L.; Cui, H. F.; Li, S. H.; Zhai, Y. B. Appl. Catal. B 2010, 96, 157. doi: 10.1016/j.apcatb.2010.02.014

    36. [36]

      (36) Zhang, J. T.; Xiong, Z. G.; Zhao, X. S. J. Mater. Chem. 2011, 21, 3634. doi: 10.1039/c0jm03827j(36) Zhang, J. T.; Xiong, Z. G.; Zhao, X. S. J. Mater. Chem. 2011, 21, 3634. doi: 10.1039/c0jm03827j

    37. [37]

      (37) Park, E.; Kim, M.; Jung, H.; Chin, S.; Jurng, J. ACS Catal. 2013, 3, 1518. doi: 10.1021/cs3007846(37) Park, E.; Kim, M.; Jung, H.; Chin, S.; Jurng, J. ACS Catal. 2013, 3, 1518. doi: 10.1021/cs3007846

    38. [38]

      (38) Ponce, S.; Peña, M. A.; Fierro, J. L. G. Appl. Catal. B: Environ. 2000, 24, 193. doi: 10.1016/S0926-3373(99)00111-3(38) Ponce, S.; Peña, M. A.; Fierro, J. L. G. Appl. Catal. B: Environ. 2000, 24, 193. doi: 10.1016/S0926-3373(99)00111-3

    39. [39]

      (39) Kang, M.; Park, E. D.; Kim, J. M.; Yie, J. E. Appl. Catal. A: Gen. 2007, 327, 261. doi: 10.1016/j.apcata.2007.05.024(39) Kang, M.; Park, E. D.; Kim, J. M.; Yie, J. E. Appl. Catal. A: Gen. 2007, 327, 261. doi: 10.1016/j.apcata.2007.05.024

    40. [40]

      (40) Yang, C.; Liu, X. Q.; Huang, B. C.; Wu, Y. M. Acta Phys. -Chim. Sin. 2014, 30, 1805. [杨超, 刘小青, 黄碧纯, 吴友明. 物理化学学报, 2014, 30, 1805.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201407162

      (40) Yang, C.; Liu, X. Q.; Huang, B. C.; Wu, Y. M. Acta Phys. -Chim. Sin. 2014, 30, 1805. [杨超, 刘小青, 黄碧纯, 吴友明. 物理化学学报, 2014, 30, 1805.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201407162

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  364
  • 文章访问数:  896
  • HTML全文浏览量:  14
文章相关
  • 发布日期:  2015-07-08
  • 收稿日期:  2015-01-07
  • 网络出版日期:  2015-04-29
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