Photo-Thermo Catalytic Oxidation of C3H8 and C3H6 over the WO3-TiO2 Supported Pt Single-Atom Catalyst

Ruijie Zhu Leilei Kang Lin Li Xiaoli Pan Hua Wang Yang Su Guangyi Li Hongkui Cheng Rengui Li Xiao Yan Liu Aiqin Wang

Citation:  Ruijie Zhu, Leilei Kang, Lin Li, Xiaoli Pan, Hua Wang, Yang Su, Guangyi Li, Hongkui Cheng, Rengui Li, Xiao Yan Liu, Aiqin Wang. Photo-Thermo Catalytic Oxidation of C3H8 and C3H6 over the WO3-TiO2 Supported Pt Single-Atom Catalyst[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2024, 40(1): 230300. doi: 10.3866/PKU.WHXB202303003 shu

WO3-TiO2负载的Pt单原子催化剂光热协同催化丙烷和丙烯氧化

    通讯作者: 刘晓艳, xyliu2003@dicp.ac.cn
  • 基金项目:

    国家自然科学基金 22102180

    辽宁省兴辽英才计划 XLYC2007070

    中国科学院洁净能源创新研究院合作基金 DNL202002

    中央高校基本科研业务费专项资金 20720220009

摘要: 单原子催化剂(single-atom catalyst,SAC)可以最大化金属原子利用率,并具有独特的电子特性,已经在各种催化反应中进行了广泛的探索。然而,与纳米催化剂相比,贵金属SAC在烃类氧化反应中通常被认为是不活泼的。在本文中,证明了WO3-TiO2负载的Pt SAC (Pt1/WO3-TiO2)在光热协同催化氧化C3H8和C3H6这两种典型的挥发性有机化合物(VOCs)中表现出比相应的纳米催化剂(PtNP/WO3-TiO2)高得多的活性。研究发现,Pt1/WO3-TiO2和PtNP/WO3-TiO2都可以通过克服氧中毒来提高光热协同催化C3H8氧化的活性。值得注意的是,Pt1/WO3-TiO2的反应速率达到了3792 μmol∙gPt−1∙s−1,这对C3H8氧化是一个新的突破。更有趣的是,由于C3H6在PtNP/WO3-TiO2上的强吸附导致催化剂C3H6中毒,因此PtNP/WO3-TiO2上的光热协同催化C3H6氧化无法进行。但是,得益于C3H6和Pt单原子之间适中的相互作用,Pt1/WO3-TiO2上的C3H6中毒在光照下可以被克服。因此,Pt1/WO3-TiO2在光热协同催化C3H6氧化中显示出更高的活性。这项工作表明,SAC的优势不仅在于节约贵金属,还在于可以根据其独特的电子特性发现新的催化反应。

English

    1. [1]

      Sadykov, I. I.; Zabilskiy, M.; Clark, A. H.; Krumeich, F.; Sushkevich, V.; van Bokhoven, J. A.; Nachtegaal, M.; Safonova, O. V. ACS Catal. 2021, 11, 11793. doi: 10.1021/acscatal.1c02795

    2. [2]

      Chen, G.; Zhao, Y.; Fu, G.; Duchesne Paul, N.; Gu, L.; Zheng, Y.; Weng, X.; Chen, M.; Zhang, P.; Pao, C.; et al. Science 2014, 344, 495. doi: 10.1126/science.1252553

    3. [3]

      Zhang, B.; Ren, L.; Xu, Z.; Cheng, N.; Lai, W.; Zhang, L.; Hao, W.; Chu, S.; Wang, Y.; Du, Y.; et al. Small 2021, 17, 2100732. doi: 10.1002/smll.202100732

    4. [4]

      Chen, C.; Tian, H.; Fu, Z.; Cui, X.; Kong, F.; Meng, G.; Chen, Y.; Qi, F.; Chang, Z.; Zhu, L.; et al. Appl. Catal. B 2022, 304, 121008. doi: 10.1016/j.apcatb.2021.121008

    5. [5]

      Shen, R.; Liu, Y.; Wen, H.; Wu, X.; Han, G.; Yue, X.; Mehdi, S.; Liu, T.; Cao, H.; Liang, E.; et al. Small 2021, 18, 2105588. doi: 10.1002/smll.202105588

    6. [6]

      Đukić, T.; Moriau, L. J.; Pavko, L.; Kostelec, M.; Prokop, M.; Ruiz-Zepeda, F.; Šala, M.; Dražić, G.; Gatalo, M.; Hodnik, N. ACS Catal. 2021, 12, 101. doi: 10.1021/acscatal.1c04205

    7. [7]

      Kato, M.; Iguchi, Y.; Li, T.; Kato, Y.; Zhuang, Y.; Higashi, K.; Uruga, T.; Saida, T.; Miyabayashi, K.; Yagi, I. ACS Catal. 2021, 12, 259. doi: 10.1021/acscatal.1c04597

    8. [8]

      Zaman, S.; Su, Y.; Dong, C.; Qi, R.; Huang, L.; Qin, Y.; Huang, Y.; Li, F.; You, B.; Guo, W.; et al. Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, e202115835. doi: 10.1002/anie.202115835

    9. [9]

      Reina, T. R.; Gonzalez-Castaño, M.; Lopez-Flores, V.; Martínez, T, L. M.; Zitolo, A.; Ivanova, S.; Xu, W.; Centeno, M. A.; Rodriguez, J. A.; Odriozola, J. A. J. Am. Chem. Soc. 2021, 144, 446. doi: 10.1021/jacs.1c10481

    10. [10]

      Zhai, Y.; Pierre, D.; Si, R.; Deng, W.; Ferrin, P.; Nilekar, A. U.; Peng, G.; Herron, J. A.; Bell, D. C.; Saltsburg, H.; et al. Science 2010, 329, 1633. doi: 10.1126/science.1192449

    11. [11]

      Yang, X.; Wang, A.; Qiao, B.; Li, J.; Liu, J.; Zhang, T. Acc. Chem. Res. 2013, 46, 1740. doi: 10.1021/ar300361m

    12. [12]

      Han, B.; Guo, Y.; Huang, Y.; Xi, W.; Xu, J.; Luo, J.; Qi, H.; Ren, Y.; Liu, X.; Qiao, B.; et al. Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 11824. doi: 10.1002/anie.202003208

    13. [13]

      Kuo, C.; Lu, Y.; Kovarik, L.; Engelhard, M.; Karim, A. M. ACS Catal. 2019, 9, 11030. doi: 10.1021/acscatal.9b02840

    14. [14]

      Li, W.; Yang, J.; Jing, H.; Zhang, J.; Wang, Y.; Li, J.; Zhao, J.; Wang, D.; Li, Y. J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 15453. doi: 10.1021/jacs.1c08088

    15. [15]

      Wang, L.; Zhu, C.; Xu, M.; Zhao, C.; Gu, J.; Cao, L.; Zhang, X.; Sun, Z.; Wei, S.; Zhou, W.; et al. J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 18854. doi: 10.1021/jacs.1c09498

    16. [16]

      Scirè, S.; Liotta, L. F. Appl. Catal. B 2012, 125, 222. doi: 10.1016/j.apcatb.2012.05.047

    17. [17]

      FAO/FAOLEX. OJEU 2004, L143, 87.

    18. [18]

      He, C.; Cheng, J.; Zhang, X.; Douthwaite, M.; Pattisson, S.; Hao, Z. Chem. Rev. 2019, 119, 4471. doi: 10.1021/acs.chemrev.8b00408

    19. [19]

      Fang, Y.; Li, H.; Zhang, Q.; Wang, C.; Xu, J.; Shen, H.; Yang, J.; Pan, C.; Zhu, Y.; Luo, Z.; et al. Environ. Sci. Technol. 2022, 56, 3245. doi: 10.1021/acs.est.1c07573

    20. [20]

      Zhang, L.; Xue, L.; Lin, B.; Zhao, Q.; Wan, S.; Wang, Y.; Jia, H.; Xiong, H. ChemSusChem 2022, 15, e202102494. doi: 10.1002/cssc.202102494

    21. [21]

      Liu, Y.; Li, X.; Liao, W.; Jia, A.; Wang, Y.; Luo, M.; Lu, J. ACS Catal. 2019, 9, 1472. doi: 10.1021/acscatal.8b03666

    22. [22]

      Yang, A.; Zhu, H.; Li, Y.; Cargnello, M. ACS Catal. 2021, 11, 6672. doi: 10.1021/acscatal.1c01280

    23. [23]

      Kim, J.; Kim, Y.; Wiebenga, M. H.; Oh, S. H.; Kim, D. H. Appl. Catal. B 2019, 251, 283. doi: 10.1016/j.apcatb.2019.04.001

    24. [24]

      Avgouropoulos, G.; Oikonomopoulos, E.; Kanistras, D.; Ioannides, T. Appl. Catal. B 2006, 65, 62. doi: 10.1016/j.apcatb.2005.12.016

    25. [25]

      Yu, X.; He, J.; Wang, D.; Hu, Y.; Tian, H.; He, Z. J. Phys. Chem. C 2012, 116, 851. doi: 10.1021/jp208947e

    26. [26]

      Zhang, C.; Liu, F.; Zhai, Y.; Ariga, H.; Yi, N.; Liu, Y.; Asakura, K.; Flytzani-Stephanopoulos, M.; He, H. Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 9628. doi: 10.1002/anie.201202034

    27. [27]

      Jeong, H.; Lee, G.; Kim, B.; Bae, J.; Han, J. W.; Lee, H. J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 9558. doi: 10.1021/jacs.8b04613

    28. [28]

      Jeong, H.; Kwon, O.; Kim, B.; Bae, J.; Shin, S.; Kim, H.; Kim, J.; Lee, H. Nat. Catal. 2020, 3, 368. doi: 10.1038/s41929-020-0427-z

    29. [29]

      Wang, Z.; Song, H.; Liu, H.; Ye, J. Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 8016. doi: 10.1002/anie.201907443

    30. [30]

      Christopher, P.; Xin, H.; Marimuthu, A.; Linic, S. Nat. Mater. 2012, 11, 1044. doi: 10.1038/nmat3454

    31. [31]

      Tan, T. H.; Scott, J.; Ng, Y. H.; Taylor, R. A.; Aguey-Zinsou, K. -F.; Amal, R. ACS Catal. 2016, 6, 1870. doi: 10.1021/acscatal.5b02785

    32. [32]

      Zhou, L.; Swearer, D. F.; Zhang, C.; Robatjazi, H.; Zhao, H.; Henderson, L.; Dong, L.; Christopher, P.; Carter, E. A.; Nordlander, P.; et al. Science 2018, 362, 69. doi: 10.1126/science.aat6967

    33. [33]

      Kang, L.; Liu, X. Y.; Wang, A.; Li, L.; Ren, Y.; Li, X.; Pan, X.; Li, Y.; Zong, X.; Liu, H.; et al. Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 12909. doi: 10.1002/anie.202001701

    34. [34]

      Feng, Y.; Dai, L.; Wang, Z.; Peng, Y.; Duan, E.; Liu, Y.; Jing, L.; Wang, X.; Rastegarpanah, A.; Dai, H.; et al. Environ. Sci. Technol. 2022, 56, 8722. doi: 10.1021/acs.est.1c08643

    35. [35]

      Wang, Y.; Dai, J.; Wang, M.; Qi, F.; Jin, X.; Zhang, L. J. Colloid Interface Sci. 2023, 636, 577. doi: 10.1016/j.jcis.2023.01.053

    36. [36]

      Lang, R.; Xi, W.; Liu, J.; Cui, Y.; Li, T.; Lee, A. F.; Chen, F.; Chen, Y.; Li, L.; Li, L.; et al. Nat. Commun. 2019, 10, 234. doi: 10.1038/s41467-018-08136-3

    37. [37]

      DeRita, L.; Dai, S.; Lopez-Zepeda, K.; Pham, N.; Graham, G. W.; Pan, X.; Christopher, P. J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 14150. doi: 10.1021/jacs.7b07093

    38. [38]

      Qiao, B.; Wang, A.; Yang, X.; Allard, L. F.; Jiang, Z.; Cui, Y.; Liu, J.; Li, J.; Zhang, T. Nat. Chem. 2011, 3, 634. doi: 10.1038/nchem.1095

    39. [39]

      Kale, M. J.; Christopher, P. ACS Catal. 2016, 6, 5599. doi: 10.1021/acscatal.6b01128

    40. [40]

      Lu, Y.; Wang, Y.; Tang, Q.; Cao, Q.; Fang, W. Appl. Catal. B 2022, 300, 120746. doi: 10.1016/j.apcatb.2021.120746

    41. [41]

      Yazawa, Y.; Kagi, N.; Komai, S. -I.; Satsuma, A.; Murakami, Y.; Hattori, T. Catal. Lett. 2001, 72, 157. doi: 10.1023/A:1009027926457

    42. [42]

      Zuo, F.; Bozhilov, K.; Dillon, R. J.; Wang, L.; Smith, P.; Zhao, X.; Bardeen, C.; Feng, P. Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 6223. doi: 10.1002/anie.201202191

    43. [43]

      Qiu, C.; Shen, J.; Lin, J.; Liu, D.; Li, D.; Zhang, J.; Zhang, Z.; Lin, H.; Wang, X.; Fu, X. ACS Appl. Energy Mater. 2021, 4, 10172. doi: 10.1021/acsaem.1c02066

    44. [44]

      Caretti, I.; Keulemans, M.; Verbruggen, S. W.; Lenaerts, S.; Van Doorslaer, S. Top. Catal. 2015, 58, 776. doi: 10.1007/s11244-015-0419-4

    45. [45]

      Zhang, T.; Lang, X.; Dong, A.; Wan, X.; Gao, S.; Wang, L.; Wang, L.; Wang, W. ACS Catal. 2020, 10, 7269. doi: 10.1021/acscatal.0c00703

    46. [46]

      Liu, S.; Huang, S. Carbon 2017, 115, 11. doi: 10.1016/j.carbon.2016.12.094

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  15
  • 文章访问数:  1315
  • HTML全文浏览量:  124
文章相关
  • 发布日期:  2024-01-15
  • 收稿日期:  2023-03-01
  • 接受日期:  2023-04-10
  • 修回日期:  2023-04-09
  • 网络出版日期:  2023-04-17
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