过渡金属掺杂铈中晶格氧的活化

Ya-Qiong Su Long Zhang Valery Muravev Emiel J. M. Hensen

引用本文: Ya-Qiong Su,  Long Zhang,  Valery Muravev,  Emiel J. M. Hensen. 过渡金属掺杂铈中晶格氧的活化[J]. 催化学报, 2020, 41(6): 977-984. doi: S1872-2067(19)63468-6 shu
Citation:  Ya-Qiong Su,  Long Zhang,  Valery Muravev,  Emiel J. M. Hensen. Lattice oxygen activation in transition metal doped ceria[J]. Chinese Journal of Catalysis, 2020, 41(6): 977-984. doi: S1872-2067(19)63468-6 shu

过渡金属掺杂铈中晶格氧的活化

  • 基金项目:

    This work was supported by The Netherlands Organization for Scientific Research (NWO) through a Vici grant and Nuffic funding. Access to supercomputing facilities was made possible by NWO. This work has also received funding from the European Union's Horizon 2020 research and innovation programme under grant No. 686086 (Partial-PGMs).

摘要: 采用密度泛函理论计算研究了在铈表面掺杂的过渡金属(TM)离子对表面晶格氧原子活化的影响.为此,测定了经TM离子修饰的CeO2最稳定(111)表面终端的结构和稳定性.除了保持八面体氧配位的锆和铂掺杂剂外,TM掺杂剂在取代表面Ce离子时更倾向于正方形平面配位.除了Pt(1.14eV)和Zr(正方形平面配位不稳定)外,所有TM掺杂剂的表面结构从八面体到正方形平面都很容易.通常,四价TM阳离子的离子半径比Ce4+的小得多,从而导致了显著的拉伸应变晶格,并解释了氧空位形成能量的降低.除Zr外,当产生一个氧空位时,优先形成正方形平面结构.热力学分析表明,TM掺杂CeO2表面在典型环境催化条件下存在氧缺陷.一个具有实际意义的例子是锆掺杂CeO2(111)中的晶格氧容易活化,从而有利于CO氧化.研究结果强调了晶格氧活化的本质和TM掺杂剂在TM-铈固溶催化剂中的优选位置.

English

    1. [1] C. Sun, H. Li, L. Chen, Energ. Environ. Sci., 2012, 5, 8475-8505.

    2. [2] Q. Fu, H. Saltsburg, M. Flytzani-Stephanopoulos, Science, 2003, 301, 935-938.

    3. [3] J. Graciani, K. Mudiyanselage, F. Xu, A. E. Baber, J. Evans, S. D. Senanayake, D. J. Stacchiola, P. Liu, J. Hrbek, J. F. Sanz, Science, 2014, 345, 546-550.

    4. [4] S. Li, N. Wang, Y. Yue, G. Wang, Z. Zu, Y. Zhang, Chem. Sci., 2015, 6, 2495-2500.

    5. [5] Y. Q. Su, J. X. Liu, I. A. W. Filot, L. Zhang, E. J. M. Hensen, ACS Catal., 2018, 8, 6552-6559.

    6. [6] J. Jones, H. Xiong, A. T. DeLaRiva, E. J. Peterson, H. Pham, S. R. Challa, G. Qi, S. Oh, M. H. Wiebenga, X. I. P. Hernández, Science, 2016, 353, 150-154.

    7. [7] L. Liu, A. Corma, Chem. Rev., 2018, 118, 4981-5079.

    8. [8] M. Nesselberger, M. Roefzaad, R. F. Hamou, P. U. Biedermann, F. F. Schweinberger, S. Kunz, K. Schloegl, G. K. Wiberg, S. Ashton, U. Heiz, Nature Mater., 2013, 12, 919-924.

    9. [9] M. Turner, V. B. Golovko, O. P. Vaughan, P. Abdulkin, A. Berenguer-Murcia, M. S. Tikhov, B. F. Johnson, R. M. Lambert, Nature, 2008, 454, 981-983.

    10. [10] A. Wang, J. Li, T. Zhang, Nature Rev. Chem., 2018, 2, 65-81.

    11. [11] F. Dvořák, M. F. Camellone, A. Tovt, N. D. Tran, F. R. Negreiros, M. Vorokhta, T. Skála, I. Matolínová, J. Mysliveček, V. Matolín, Nature Comm., 2016, 7, 10801.

    12. [12] X. F. Yang, A. Wang, B. Qiao, J. Li, J. Liu, T. Zhang, Acc. Chem. Res., 2013, 46, 1740-1748.

    13. [13] H. Grützmacher, Angew. Chem. Int. Ed., 2008, 47, 1814-1818.

    14. [14] J. L. Boyer, J. Rochford, M. K. Tsai, J. T. Muckerman, E. Fujita, Coordin. Chem. Rev., 2010, 254, 309-330.

    15. [15] Y. Q. Su, J. X. Liu, I. A. W. Filot, E. J. M. Hensen, Chem. Mater., 2017, 29, 9456-9462.

    16. [16] F. R. Negreiros, S. Fabris, J. Phys. Chem. C, 2014, 118, 21014-21020.

    17. [17] T. W. Hansen, A. T. DeLaRiva, S. R. Challa, A. K. Datye, Acc. Chem. Res., 2013, 46, 1720-1730.

    18. [18] M. Cargnello, J. D. Jaén, J. H. Garrido, K. Bakhmutsky, T. Montini, J. C. Gámez, R. Gorte, P. Fornasiero, Science, 2012, 337, 713-717.

    19. [19] A. Bruix, J. A. Rodriguez, P. J. Ramírez, S. D. Senanayake, J. Evans, J. B. Park, D. Stacchiola, P. Liu, J. Hrbek, F. Illas, J. Am. Chem. Soc., 2012, 134, 8968-8974.

    20. [20] L. Zhou, X. Li, Z. Yao, Z. Chen, M. Hong, R. Zhu, Y. Liang, J. Zhao, Sci. Rep., 2016, 6, 23900.

    21. [21] Z. Hu, B. Li, X. Sun, H. Metiu, J. Phys. Chem. C, 2011, 115, 3065-3074.

    22. [22] W. Tang, Z. Hu, M. Wang, G. D. Stucky, H. Metiu, E. W. McFarland, J. Catal., 2010, 273, 125-137.

    23. [23] A. D. Mayernick, M. J. Janik, J. Catal., 2011, 278, 16-25.

    24. [24] A. D. Mayernick, M. J. Janik, J. Phys. Chem. C, 2008, 112, 14955-14964.

    25. [25] W. C. Ding, X. K. Gu, H. Y. Su, W. X. Li, J. Phys. Chem. C, 2014, 118, 12216-12223.

    26. [26] Y. Tang, Y. G. Wang, J. Li, J. Phys. Chem. C, 2017, 121, 11281-11289.

    27. [27] Y. Q. Su, I. A. W. Filot, J. X. Liu, E. J. M. Hensen, ACS Catal., 2017, 8, 75-80.

    28. [28] Y. Madier, C. Descorme, A. Le Govic, D. Duprez, J. Phys. Chem. B, 1999, 103, 10999-11006.

    29. [29] J. Liu, B. Liu, Y. Fang, Z. Zhao, Y. Wei, X. Q. Gong, C. Xu, A. Duan, G. Jiang, Environ. Sci. Technol., 2014, 48, 12403-12410.

    30. [30] G. Kresse, J. Hafner, Phys. Rev. B, 1994, 49, 14251.

    31. [31] P. E. Blöchl, Phys. Rev. B, 1994, 50, 17953.

    32. [32] J. P. Perdew, K. Burke, M. Ernzerhof, Phys. Rev. Lett., 1996, 77, 3865.

    33. [33] S. Dudarev, G. Botton, S. Savrasov, C. Humphreys, A. Sutton, Phys. Rev. B, 1998, 57, 1505.

    34. [34] S. Fabris, S. de Gironcoli, S. Baroni, G. Vicario, G. Balducci, Phys. Rev. B, 2005, 72, 237102.

    35. [35] M. Cococcioni, S. De Gironcoli, Phys. Rev. B, 2005, 71, 035105.

    36. [36] C. Castleton, J. Kullgren, K. Hermansson, J. Chem. Phys., 2007, 127, 244704-244704.

    37. [37] J. L. Da Silva, M. V. Ganduglia-Pirovano, J. Sauer, V. Bayer, G. Kresse, Phys. Rev. B, 2007, 75, 045121.

    38. [38] G. Henkelman, H. Jónsson, J. Chem. Phys., 2000, 113, 9978-9985.

    39. [39] D. Sheppard, R. Terrell, G. Henkelman, J. Chem. Phys., 2008, 128, 134106.

    40. [40] K. Reuter, M. Scheffler, Phys. Rev. B, 2003, 68, 045407.

    41. [41] D. R. Stull, H. Prophet, JANAF thermochemical tables, National Standard Reference Data System, 1971.

    42. [42] L. Nie, D. H. Mei, H. F. Xiong, B. Peng, Z. Ren, X. I. P. Hernandez, A. DeLaRiva, M. Wang, M. H. Engelhard, L. Kovarik, Science, 2017, 358, 1419-1423.

    43. [43] Y. Q. Su, Y. Wang, J. X. Liu, I. A. W. Filot, K. Alexopoulos, L. Zhang, V. Muravev, B. Zijlstra, D. G. Vlachos, E. J. M. Hensen, ACS Catal., 2019, 9, 3289-3297.

    44. [44] E. Slavinskaya, A. Stadnichenko, V. Muravyov, T. Y. Kardash, E. Derevyannikova, V. Zaikovskii, O. Stonkus, I. Lapin, V. Svetlichnyi, A. Boronin, ChemCatChem, 2018, 10, 2232-2247.

    45. [45] T. Y. Kardash, E. A. Derevyannikova, E. M. Slavinskaya, A. I. Stadnichenko, V. A. Maltsev, A. V. Zaikovskii, S. A. Novopashin, A. I. Boronin, K. M. Neyman, Front. Chem., 2019, 7, 114.

    46. [46] A. I. Stadnichenko, V. V. Muravev, S. V. Koscheev, V. I. Zaikovskii, H. A. Aleksandrov, K. M. Neyman, A. I. Boronin, Surf. Sci., 2019, 679, 273-283.

    47. [47] Y. Huang, B. Zhao, X. Hu, S. Lin, R. Ang, W. Song, Y. Sun, Dalton T., 2012, 41, 11176-11186.

    48. [48] L. Zhang, T. Yabu, I. Taniguchi, Mater. Res. Bull., 2009, 44, 707-713.

    49. [49] M. H. N. Assadi, Y. Shigeta, RSC Adv., 2018, 8, 13842-13849.

    50. [50] S. Nakashima, K. Sugioka, K. Midorikawa, K. Mukai, J. Laser Micro. Nanoen., 2014, 9, 132-136.

    51. [51] R. Vuilleumier, M. Sprik, J. Chem. Phys., 2001, 115, 3454-3468.

    52. [52] P. Robkhob, T. S. Herng, J. Ding, I. Tang, S. Thongmee, J. Nanosci. Nanotechno., 2017, 17, 5631-5636.

    53. [53] Y. X. Hu, S. Y. Wu, X. F. Wang, L. L. Li, Defect and Diffusion Forum, Trans Tech Publ, 2009, 71-76.

    54. [54] Y. Q. Su, I. A. W. Filot, J. X. Liu, I. Tranca, E. J. M. Hensen, Chem. Mater., 2016, 28, 5652-5658.

    55. [55] E. V. Matus, L. B. Okhlopkova, O. B. Sukhova, I. Z. Ismagilov, M. A. Kerzhentsev, Z. R. Ismagilov, J. Nanopart. Res., 2019, 21, 11.

    56. [56] O. Laguna, F. R. Sarria, M. Centeno, J. A. Odriozola, J. Catal., 2010, 276, 360-370.

    57. [57] H. Xiong, S. Lin, J. Goetze, P. Pletcher, H. Guo, L. Kovarik, K. Artyushkova, B. M. Weckhuysen, A. K. Datye, Angew. Chem. Int. Ed., 2017, 56, 8986-8991.

    58. [58] S. Hinokuma, H. Fujii, M. Okamoto, K. Ikeue, M. Machida, Chem. Mater., 2010, 22, 6183-6190.

    59. [59] J. S. Elias, N. Artrith, M. Bugnet, L. Giordano, G. A. Botton, A. M. Kolpak, Y. Shao-Horn, ACS Catal., 2016, 6, 1675-1679.

    60. [60] L. Qin, Y. Q. Cui, T. L. Deng, F. H. Wei, X. F. Zhang, ChemPhysChem, 2018, 19, 3346-3349.

    61. [61] W. W. Wang, P. P. Du, S. H. Zou, H. Y. He, R. X. Wang, Z. Jin, S. Shi, Y. Y. Huang, R. Si, Q. S. Song, ACS Catal., 2015, 5, 2088-2099.

    62. [62] J. S. Elias, M. Risch, L. Giordano, A. N. Mansour, Y. Shao-Horn, J. Am. Chem. Soc., 2014, 136, 17193-17200.

    63. [63] L. W. Guo, P. P. Du, X. P. Fu, C. Ma, J. Zeng, R. Si, Y. Y. Huang, C. J. Jia, Y. W. Zhang, C. H. Yan, Nature Comm., 2016, 7, 13481.

    64. [64] C. Kalamaras, D. Dionysiou, A. Efstathiou, ACS Catal., 2012, 2, 2729-2742.

    65. [65] X. Yao, J. Cao, L. Chen, K. Kang, Y. Chen, M. Tian, F. Yang, Chin. J. Catal., 2019, 40, 733-743.

    66. [66] M. R. Benjaram, G. Thrimurthulu, L. Katta, Chin. J. Catal., 2011, 32, 800-806.

    67. [67] A. Corma, P. Atienzar, H. Garcia, J. Y. Chane-Ching, Nature Mater., 2004, 3, 394.

    68. [68] Y. Hao, C. K. Yang, S. M. Haile, Chem. Mater., 2014, 26, 6073-6082.

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  4
  • 文章访问数:  41
  • HTML全文浏览量:  2
文章相关
  • 收稿日期:  2019-06-28
  • 修回日期:  2019-07-22
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