光照对Pt/Al2O3光热CO2加氢反应的增强作用

赵梓俨 Dmitry E. Doronkin 叶英浩 Jan-Dierk Grunwaldt 黄泽皑 周莹

引用本文: 赵梓俨,  Dmitry E. Doronkin,  叶英浩,  Jan-Dierk Grunwaldt,  黄泽皑,  周莹. 光照对Pt/Al2O3光热CO2加氢反应的增强作用[J]. 催化学报, 2020, 41(2): 286-293. doi: S1872-2067(19)63445-5 shu
Citation:  Ziyan Zhao,  Dmitry E. Doronkin,  Yinghao Ye,  Jan-Dierk Grunwaldt,  Zeai Huang,  Ying Zhou. Visible light-enhanced photothermal CO2 hydrogenation over Pt/Al2O3 catalyst[J]. Chinese Journal of Catalysis, 2020, 41(2): 286-293. doi: S1872-2067(19)63445-5 shu

光照对Pt/Al2O3光热CO2加氢反应的增强作用

  • 基金项目:

    国家自然科学基金(U1862111,U1232119);四川省国际合作项目(2017HH3030);四川省创新团队(2016TD00 11).

摘要: 在传统热催化材料的研究领域中,光照技术已经得到了广泛的应用,从而使传统热催化剂的催化反应活性和选择性得到优化.然而,在光热协同催化反应过程中,光照因素对催化反应过程的影响尚未得到很好地研究和理解.本文通过浸渍法制得Pt/Al2O3催化剂,并应用于光热协同催化CO2加氢反应.结果证明,在光热协同CO2加氢催化反应中,Pt/Al2O3催化剂表现出光热协同效应.本文结合原位漫反射红外光谱(operando DRIFTS)和密度泛函理论计算(DFT)对光照因素对该催化反应过程的作用机制进行了进一步深入研究.结果表明,CO气体分子从Pt纳米颗粒上的脱附过程为CO2加氢反应的重要步骤; CO气体分子在Pt纳米颗粒上脱附的位置包含台阶位置(Ptstep)和平台位置(Ptterrace).结果表明,反应过程中CO气体分子从Pt表面的脱附有利于催化剂暴露出Pt反应活性位点.值得注意的是,在光热协同催化CO2加氢反应过程中,光照和温度因素对CO气体分子的脱附过程具有不同影响.吸附能的计算结果证明,CO气体分子吸附在Ptstep和Ptterrace上的吸附能分别为-1.24和-1.43eV.由此可见,CO气体分子与Pt纳米颗粒上的Ptstep吸附位点之间相互作用更强.在无光照作用的条件下对催化剂进行加热,CO气体分子更容易从Ptterrace吸附位点发生脱附;但是在对应的温度下加入光照作用后,吸附在Ptstep位点上的CO气体分子会先转移到Ptterrace吸附位点上,随后脱附,从而促进CO2加氢反应的进行.

English

    1. [1] S. Stojadinović, R. Vasilić, N. Radić, N. Tadić, P. Stefanov, B. Grbić, Appl. Surf. Sci., 2016, 377, 37-43.

    2. [2] X. Wang, C. Liu, X. Li, F. Li, Y. Li, J. Zhao, R. Liu, Appl. Surf. Sci., 2017, 394, 340-350.

    3. [3] H. Wang, H. Qi, X. Wei, X. Liu, W. Jiang, Chin. J. Catal., 2016, 37, 2025-2033.

    4. [4] H. Wang, W. He, X. Dong, H. Wang, F. Dong, Sci. Bull., 2018, 63, 117-125.

    5. [5] M. D. Porosoff, B. H. Yan, J. G. G. Chen, Energy Environ. Sci., 2016, 9, 62-73.

    6. [6] K. Li, B. S. Peng, T. Y. Peng, ACS Catal., 2016, 6, 7485-7527.

    7. [7] Y. A. Daza, J. N. Kuhn, RSC Adv., 2016, 6, 49675-49691.

    8. [8] X. Li, J. Yu, M. Jaroniec, X. Chen, Chem. Rev., 2019, 119, 3962-4179.

    9. [9] W. Wang, D. Xu, B. Cheng J. Yu, C. Jiang, J. Mater. Chem. A, 2017, 5, 5020-5029.

    10. [10] H. Zhao, J. Chen, G. Rao, W. Deng, Y. Li, Appl. Surf. Sci., 2017, 404, 49-56.

    11. [11] W. Wang, S. P. Wang, X. B. Ma, J. L. Gong, Chem. Soc. Rev., 2011, 40, 3703-3727.

    12. [12] W. H. Li, H. Z. Wang, X. Jiang, J. Zhu, Z. M. Liu, X. W. Guo, C. S. Song, RSC Adv., 2018, 8, 7651-7669.

    13. [13] S. Saeidi, N. A. S. Amin, M. R. Rahimpour, J. CO2 Util., 2014, 5, 66-81.

    14. [14] J. Jia, H. Wang, Z. L. Lu, P. G. O'Brien, M. Ghoussoub, P. Duchesne, Z. Q. Zheng, P. C. Li, Q. Qiao, L. Wang, A. Gu, A. A. Jelle, Y. C. Dong, Q. Wang, K. K. Ghuman, T. Wood, C. X. Qian, Y. Shao, C. Y. Qiu, M. M. Ye, Y. M. Zhu, Z. H. Lu, P. Zhang, A. S. Helmy, C. V. Singh, N. P. Kherani, D. D. Perovic, G. A. Ozin, Adv Sci., 2017, 4, 1700252.

    15. [15] X. Zhang, X. Q. Li, D. Zhang, N. Q. Su, W. T. Yang, H. O. Everitt, J. Liu, Nat. Commun., 2017, 8, 14542.

    16. [16] P. Chen, F. Dong, M. Ran, J. Li, Chin. J. Catal., 2018, 39, 619-629.

    17. [17] B. T. Qiao, A. Q. Wang, X. F. Yang, L. F. Allard, Z. Jiang, Y. T. Cui, J. Y. Liu, J. Li, T. Zhang, Nat. Chem., 2011, 3, 634-641.

    18. [18] A. Marimuthu, J. W. Zhang, S. Linic, Science, 2013, 339, 1590-1593.

    19. [19] L. M. Wang, Y. C. Zhang, X. J. Gu, Y. L. Zhang, H. Q. Su, Catal. Sci. Technol., 2018, 8, 601-610.

    20. [20] A. A Upadhye, I. Ro, X. Zeng, H. J. Kim, I. Tejedor, M. A. Anderson, J. A. Dumesic, G. W. Huber, Catal. Sci. Technol., 2015, 5, 2590-2601.

    21. [21] W. B. Zhang, L. B. Wang, K. W. Wang, M. U. Khan, M. L. Wang, H. L. Li, J. Zeng, Small, 2017, 13, 1602583.

    22. [22] Y. Zhou, D. E. Doronkun, Z. Y. Zhao, P. N. Plessow, J. Jelic, B. Detlefs, T. Pruessmann, F. Studt, J. D. Grunwaldt, ACS Catal., 2018, 8, 11398-11406.

    23. [23] J. K. Nørskov, T. Bligaard, J Rossmeisl, C. H. Christensen, Nat. Chem., 2009, 1, 37-46.

    24. [24] Y. Zhou, D. E. Doronkin, M. L. Chen, S. Q. Wei, J. D. Grunwaldt, ACS Catal., 2016, 6, 7799-7809.

    25. [25] A. Roine, Outokumpu HSC Chemistry for Windows Version 7 Outokumpu, 2015.

    26. [26] J. L. White, M. F. Baruch, J. E. Pander, Y. Hu, I. C. Fortmeyer, J. E. Park, T. Zhang, K. Liao, J. Gu, Y. Yan, T. W. Shaw, E. Abelev, A. B. Bocarsly, Chem. Rev., 2015, 115, 12888-12935.

    27. [27] S. Sarina, H. Y. Zhu, Q. Xiao, E. Jaatinen, J. F. Jia, Y. M. Huang, Z. F. Zheng, H. S. Wu, Angew. Chem. Int. Ed., 2014, 53, 2935-2940.

    28. [28] Z. C. Lian, W. C. Wang, G. S. Li, F. H. Tian, K. S. Schanze, H. X. Li, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2017, 9, 16959-16966.

    29. [29] S. S. Kim, K. H. Park, S. C. Hong, Fuel Process. Technol., 2013, 108, 47-54.

    30. [30] W. Wasylenko, H. Frei, Phys. Chem. Chem. Phys., 2007, 9, 5497-5502.

    31. [31] H. Yoshida, S. Narisawa, S. Fujita, L. Ruixia, M. Arai, Phys. Chem. Chem. Phys., 2012, 14, 4724-4733.

    32. [32] M. J. S. Farias, G. A. Camara, J. M. Feliu, J. Phys. Chem. C, 2015, 119, 20272-20282.

    33. [33] J. Scalbert, F. C. Meunier, C. Daniel, Y. Schuurman, Phys. Chem. Chem. Phys., 2012, 14, 2159-2163.

    34. [34] T. Iwasita, F. Nart, Prog. Surf. Sci., 1997, 55, 271-340.

    35. [35] H. R. Siddiqui, X. Guo, I. Chorkendorff, J. T. Yates, Surf. Sci., 1987, 191, L813-L818.

    36. [36] S. S. Kim, H. H. Lee, S. C. Hong, Appl. Catal. A, 2012, 423-424, 100-107.

    37. [37] M. D. Porosoff, B. H. Yan, J. G. G. Chen, Energy Environ. Sci., 2016, 9, 62-73.

    38. [38] G. Ertl, Angew. Chem. Int. Ed., 2008, 47, 3524-3535.

    39. [39] A. Boubnov, A. Gänzler, S. Conrad, M. Casapu, J. D. Grunwaldt, Top. Catal., 2013, 56, 333-338.

    40. [40] H. C. Wu, Y. C. Chang, J. H. Wu, J. H. Lin, I. K. Lin, C. S. Chen, Catal. Sci. Technol., 2015, 5, 4154-4163.

    41. [41] J. H. Kwak, L. Kovarik, J. Szanyi, ACS Catal., 2013, 3, 2449-2455.

    42. [42] R. B. Sandberg, M. H. Hansen, J. K. Nørskov, F. Abild-Pedersen, M. Bajdich, ACS Catal., 2018, 8, 10555-10563.

    43. [43] B. Shan, Y. J. Zhao, J. Hyun, N. Kapur, J. B. Nicholas, K. Cho, J. Phys. Chem. C, 2009, 113, 6088-6092.

    44. [44] J. T. Niu, X. S. Du, J. Y. Ran, R. R. Wang, Appl. Surf. Sci., 2016, 376, 79-90.

    45. [45] M. Lawrenz, K. Stépán, J. Güdde, U. Höfer, Phys. Rev. B, 2009, 80, 75429-75432.

    46. [46] L. Dietz, S. Piccinin, M. Maestri, J. Phys. Chem. C, 2015, 119, 4959-4966.

    47. [47] K. Golibrzuch, P. R. Shirhatti, J. Geweke, J. Werdecker, A. Kandratsenka, D. J. Auerbach, A. M. Wodtke, C. Bartels, J. Am. Chem. Soc., 2015, 137, 1465-1475.

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  2
  • 文章访问数:  601
  • HTML全文浏览量:  10
文章相关
  • 收稿日期:  2019-05-14
  • 修回日期:  2019-07-05
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