Citation: Guo-Qing Ren, Guang-Xian Pei, Jing-Cai Zhang, Wei-Zhen Li. Activity promotion of anti-sintering Au₲MgGa2O4 using ceria in the water gas shift reaction and catalytic combustion reactions[J]. Chinese Journal of Catalysis, 2019, 40(4): 600-608. doi: S1872-2067(19)63295-X
CeO2对抗烧结Au₲MgGa2O4催化剂用于水汽变换和催化燃烧反应的促进作用
本文采用等体积浸渍法在高温800℃焙烧5h后的Au₲MgGa2O4-800℃-5h样品上进行CeO2助剂的修饰,以提高其对水分子和氧气分子的活化能力.利用STEM,XRD和EDS-Mapping表征对CeO2/[Au₲MgGa2O4-800℃-5h]样品进行结构分析,发现该样品中纳米Au具有优异的高温抗烧结性能,800℃焙烧5h并经CeO2修饰后其颗粒尺寸仍保持在3.1nm左右,样品中CeO2的晶粒尺寸约为6nm,且Au纳米颗粒与CeO2助剂间形成了有效的接触界面.利用H2-TPR和XPS表征对该样品的氧化还原性能及电子性质进行分析,发现CeO2/[Au₲MgGa2O4-800℃-5h]样品中CeO2的还原温度相比于CeO2/MgGa2O4对比样品显著降低,XPS结果显示CeO2添加后Au的化学价态由金属态变为氧化态,表明Au与CeO2助剂间具有显著的电子转移.同时,CeO2的添加显著提高了800℃老化后Au₲MgGa2O4催化水汽变换(CO转化率由~1.5%升到~34.0%,450℃)、甲烷燃烧(T50降低80℃)和CO氧化(T50降低100℃)等反应活性.为理解CeO2对Au₲MgGa2O4的催化性能促进机制,我们选取水汽变换反应为例,利用DRIFTs表征发现CeO2促进了反应物H2O的活化,并结合小尺寸Au对CO的活化能力,从而使水汽变换反应顺利进行.
本文在MgGa2O4尖晶石稳定纳米金的基础上,利用具有优异氧传输性能的CeO2作为助剂,提高了该催化剂对水分子和氧气分子的活化能力,从而获得了对水汽变换反应和催化燃烧反应具有高稳定性和高活性的CeO2/[Au₲MgGa2O4]催化剂.这种"先稳定-后活化"的催化剂设计思路也为今后高稳定性、高催化活性的纳米金催化剂的设计和制备提供了借鉴.
English
Activity promotion of anti-sintering Au₲MgGa2O4 using ceria in the water gas shift reaction and catalytic combustion reactions
-
Key words:
- Gold nanocatalyst
- / CeO2 promoter
- / Magnesium gallate spinel
- / Water gas shift
- / Catalytic combustion
-
-
[1] M. Haruta, T. Kobayashi, H. Sano, N. Yamada, Chem. Lett., 1987, 405-408.
-
[2] G. J. Hutchings, J. Catal., 1985, 96, 292-295.
-
[3] M. Haruta, Catal. Today, 1997, 36, 153-166.
-
[4] M. Ousmane, L. F. Liotta, G. Pantaleo, A. M. Venezia, G. Di Carlo, M. Aouine, L. Retailleau, A. Giroir-Fendler, Catal. Today, 2011, 176, 7-13.
-
[5] M. M. Schubert, S. Hackenberg, A. C. van Veen, M. Muhler, V. Plzak, R. J. Behm, J. Catal., 2001, 197, 113-122.
-
[6] X. Y. Liu, A. Wang, T. Zhang, C. Y. Mou, Nano Today, 2013, 8, 403-416.
-
[7] A. T. Bell, Science, 2003, 299, 1688-1691.
-
[8] M. Valden, X. Lai, D. W. Goodman, Science, 1998, 281, 1647-1650.
-
[9] H. Zhang, H. Liu, Chin. J. Catal., 2013, 34, 235-242.
-
[10] S. E. Golunski, Platinum Met. Rev., 2007, 51, 162-162.
-
[11] P. Buffat, J. P. Borel, Phys. Rev. A, 1976, 13, 2287-2298.
-
[12] G. Q. Ren, Y. Tang, K. P. Liu, Y. Su, S. Miao, W. Liu, W. M. Cong, X. D. Wang, W. Z. Li, J. Li, T. Zhang, Nano Lett., 2018, 18, 6489-6493.
-
[13] J. A. Rodriguez, S. D. Senanayake, D. Stacchiola, P. Liu, J. Hrbek, Acc. Chem. Res., 2014, 47, 773-782.
-
[14] M. Flytzani-Stephanopoulos, Acc. Chem. Res., 2014, 47, 783-792.
-
[15] C. Ratnasamy, J. P. Wagner, Catal. Rev. Sci. Eng., 2009, 51, 325-440.
-
[16] M. Gonzalez Castano, T. R. Reina, S. Ivanova, M. A. Centeno, J. A. Odriozola, J. Catal., 2014, 314, 1-9.
-
[17] A. C. Gluhoi, H. S. Vreeburg, J. W. Bakker, B. E. Nieuwenhuys, Appl. Catal. A, 2005, 291, 145-150.
-
[18] S. T. Daniells, A. R. Overweg, M. Makkee, J. A. Moulijn, J. Catal., 2005, 230, 52-65.
-
[19] Y. J. Zhang, J. G. Deng, L. Zhang, W. G. Qiu, H. X. Dai, H. He, Catal. Today, 2008, 139, 29-36.
-
[20] L. F. Liotta, G. Di Carlo, A. Longo, G. Pantaleo, A. M. Venezia, Catal. Today, 2008, 139, 174-179.
-
[21] F. F. Tao, Z. Ma, Phys. Chem. Chem. Phys., 2013, 15, 15260-15270.
-
[22] T. Montini, M. Melchionna, M. Monai, P. Fornasiero, Chem. Rev., 2016, 116, 5987-6041.
-
[23] D. Andreeva, I. Ivanov, L. Ilieva, J. W. Sobczak, G. Avdeev, T. Tabakova, Appl. Catal. A, 2007, 333, 153-160.
-
[24] F. Vindigni, M. Manzoli, A. Damin, T. Tabakova, A. Zecchina, Chem. Eur. J., 2011, 17, 4356-4361.
-
[25] T. R. Reina, S. Ivanova, M. A. Centeno, J. A. Odriozola, Catal. Today, 2015, 253, 149-154.
-
[26] H. Zhang, L. Ren, A. Lu, W. Li, Chin. J. Catal., 2012, 33, 1125-1132.
-
[27] W. M. Haynes, CRC Handbook of Chemistry and Physics (95 th). CRC Press, Inc., Boca Raton, 2014.
-
[28] J. Chevrier, L. Huang, P. Zeppenfeld, G. Comsa, Surf. Sci., 1996, 355, 1-12.
-
[29] J. Gao, J. Z. Guo, D. Liang, Z. Y. Hou, J. H. Fei, X. M. Zheng, Int. J. Hy-drogen Energy, 2008, 33, 5493-5500.
-
[30] S. Damyanova, J. M. C. Bueno, Appl. Catal. A, 2003, 253, 135-150.
-
[31] L. X. Wang, L. Wang, J. Zhang, H. Wang, F. S. Xiao, Chin. J. Catal., 2018, 39, 1608-1614.
-
[32] B. M. Reddy, A. Khan, Y. Yamada, T. Kobayashi, S. Loridant, J. C. Volta, J. Phys. Chem. B, 2003, 107, 5162-5167.
-
[33] S. N. Li, H. Q. Zhu, Z. F. Qin, G. F. Wang, Y. G. Zhang, Z. W. Wu, Z. K. Li, G. Chen, W. W. Dong, Z. H. Wu, L. R. Zheng, J. Zhang, T. D. Hu, J. G. Wang, Appl. Catal. B, 2014, 144, 498-506.
-
[34] B. Zheng, S. J. Wu, X. W. Yang, M. J. Jia, W. X. Zhang, G. Liu, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2016, 8, 26683-26689.
-
[35] G. L. Zhou, H. R. Liu, K. K. Cui, A. P. Jia, G. S. Hu, Z. J. Jiao, Y. Q. Liu, X. M. Zhang, Appl. Surf. Sci., 2016, 383, 248-252.
-
[36] S. Ardizzone, C. L. Bianchi, M. Fadoni, B. Vercelli, Appl. Surf. Sci., 1997, 119, 253-259.
-
[37] C. V. Ramana, E. J. Rubio, C. D. Barraza, A. Miranda Gallardo, S. McPeak, S. Kotru, J. T. Grant, J. Appl. Phys., 2014, 115, 043508/1-043508/9.
-
[38] A. Laachir, V. Perrichon, A. Badri, J. Lamotte, E. Catherine, J. C. Lavalley, J. El Fallah, L. Hilaire, F. Le Normand, E. Quemere, G. N. Sauvion, O. Touret, J. Chem. Soc., Faraday Trans., 1991, 87, 1601-1609.
-
[39] T. Bezrodna, G. Puchkovska, V. Shymanovska, J. Baran, H. Ratajczak, J. Mol. Struct., 2004, 700, 175-181.
-
[40] J. A. Rodriguez, S. Ma, P. Liu, J. Hrbek, J. Evans, M. Perez, Science, 2007, 318, 1757-1760.
-
[41] X. S. Huang, H. Sun, L. C. Wang, Y. M. Liu, K. N. Fan, Y. Cao, Appl. Catal. B, 2009, 90, 224-232.
-
-
扫一扫看文章
计量
- PDF下载量: 5
- 文章访问数: 1879
- HTML全文浏览量: 203

下载: