稀土氧化物EuO_x对Pt/CeO_2材料在甲苯催化燃烧中的显著促进机制（英文）

挥发性有机污染物是大气环境中一类重要的污染物质,其污染控制问题已成为21世纪大气污染控制的优先方向之一.甲苯作为一种典型芳香烃在医药、农药、染料合成等多个化工行业中常用作有机化工原料并被排入大气环境,对人类的生产和生活造成极大危害.由于其高致癌性,甲苯在2017年被世界卫生组织国际癌症研究机构列为3类致癌物.在甲苯的催化燃烧降解中,负载型铂基催化剂由于其高效的低温催化活性被学者广泛研究.CeO_2作为一种典型的稀土金属氧化物具有较强的储放氧能力和高温稳定性,被视为负载型贵金属催化剂的优良载体.近期研究表明, EuO_x具有良好的催化氧化活性,并能促进金属氧化物表面氧缺位的形成.为了进一步研究EuO_x与CeO_2之间的协同效应对贵金属基催化剂低温催化性能的影响,我们利用表面模板剂法合成了具有不同Eu负载量的Pt/Eu_2O_3-CeO_2材料并应用于甲苯的深度催化氧化.研究表明, EuO_x的加入显著提高了Pt/CeO_2材料的催化性能,当Eu含量为2.5at%时(Pt/EC-2.5)该材料拥有最佳的低温氧化活性,可在200°C实现对0.09%甲苯的完全降解,在160°C时反应速率和转化频次分别高达0.9 mmolg^–1s^–1和5.52×10~2s^–1.相比于Pt/CeO_2催化剂, EuO_x与CeO_2之间的协同作用极大提高了催化剂的氧化还原性能,增大了材料表面晶格氧和Ce3+的含量,并显著提高了贵金属活性相的分散度.通过原位漫反射红外光谱在线分析了甲苯在Pt/Eu_2O_3-CeO_2材料表面的深度降解机理.与甲苯在Pt/CeO_2材料表面的氧化行为相比,甲苯在Pt/EC-2.5催化剂表面的降解遵循典型的Mars-vanKrevelen(MvK)机理.当吸附于稀土金属氧化物载体后,在Pt活性位点、晶格氧及表面酸性位点的联合作用下,甲苯以酮类和醛类为主要的中间产物,被迅速深度氧化为H_2O和CO_2.

Revealing the unexpected promotion effect of EuO_x on Pt/CeO_2 catalysts for catalytic combustion of toluene

Baoming Zhao;Yanfei Jian;Zeyu Jiang;Chi He(Xi’an Modern Chemistry Research Institute,Xi’an 710065,Shaanxi,China;State Key Laboratory of Multiphase Flow in Power Engineering,School of Energy and Power Engineering,Xi'an Jiaotong University,Xi'an 710049,Shaanxi,China;Department of Chemistry,College of Science,Imam Abdulrahman Bin Faisal University,P.O.Box 1982,Dammam 31441,Saudi Arabia;National Engineering Laboratory for VOCs Pollution Control Material & Technology,University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 101408,China)