| 界面动态可逆包覆促进水气变换反应性能（英文） |
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| 作者姓名： | 唐南方 商庆浩 陈帅 马玉霞 顾青青 林露 蒋齐可 许国梁 吴春田 杨冰 吴志杰 施慧 刘健 罗文豪 丛昱 |
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| 作者单位： | 1.中国科学院大连化学物理研究所,催化与新材料研究室;2.中国科学院大学;3.中国石油大学(北京)重质油全国重点实验室;4.扬州大学化学化工学院;5.中国科学院大连化学物理研究所,催化基础国家重点实验室;6.萨里大学DICP-Surrey未来材料联合中心,萨里;7.内蒙古大学化学化工学院,内蒙古自治区稀土催化重点实验室 |
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| 基金项目： | supported by the National Key R&D program of China 2022YFB4300700;the National Nature Science Foundation of China 21802134, 22479082;the CAS Project for Young Scientists in Basic Research YSBR-022;the Funding of Inner Mongolia University 10000-23112101/081;Inner Mongolia Youth Science and Technology Talents NJYT24019 ~~; |
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| 摘 要： | 水气变换反应（WGS）是重要的制氢和CO脱除过程,广泛应用于能源相关领域.前期研究表明,模型催化剂上金属-载体界面在WGS反应决速步-水活化解离过程中起着重要作用;金属键合的羟基物种直接参与了水活化过程,可有效提高WGS反应效率.然而,如何精准制备富含金属-氧化物界面活性位的高性能WGS反应催化剂,以及原位追踪反应过程中活性位、关键活性物种的动态演化仍是一项重要挑战.本文利用“缺陷工程”策略通过两步水热法成功将Pt团簇（～0.8 nm）包覆在富含缺陷位CeO2纳米棒中,获得了Pt@d-CeO2催化剂.将Pt@d-CeO2用于WGS反应中,在极高空速(GHSV=150000 h-1)下,300℃时CO转化率为86%,350℃时达到平衡转化率（95%）.转化频率值在350℃时高达12.27 s-1,比已报道的相近反应条件下同类催化剂高一个数量级.催化剂具有良好的稳定性,经100 h反应,CO转化率未发现明显下降.像差校正透射电镜结果表明,Pt团簇以0.6-1 nm尺度分散在氧化铈上,且被氧化铈薄层包覆.能量散射谱、电子能量损失谱、X射线光电子能谱（XPS）和原位透射模式傅里叶变换红外光谱（TM-FT-IR）结果均证实了Pt-CeO2的界面包覆特性.程序升温表面脱附结果初步表明,Pt@d-CeO2催化剂上WGS反应总体历程是CO先在Pt-CeO2界面处反应生成CO2,然后H2O解离生成H2·CO-程序升温还原、原位TM-FT-IR和原位近环境压力XPS结果表明,Pt-CeO2包覆界面为本征活性位,界面处的端-OH为关键活性物种.利用一系列原位表征手段实时追踪界面活性位和端-OH在反应过程中的动态演化,进而提出Pt@d-CeO2催化剂上WGS反应的详细反应历程:依据一系列原位表征结果提出Pt@d-CeO2催化剂上WGS反应的详细反应历程:首先,CO与Pt-CeO2包覆界面处的端-OH反应生成活性中间物种COOH,继而分解成CO2和CeO2包覆的Pt团簇部分暴露并产生新的活性氧空位;然后,H2O在新生成的氧空位上解离重新生成端-OH和H,两个H结合生成H2,部分裸露的Pt团簇重新被CeO2薄层包覆,完成催化循环.综上所述,“缺陷工程”策略产生Pt-CeO2界面包覆特性及其可逆动态演化促进WGS反应性能,为高性能负载型金属/氧化物催化剂的设计开发提供了新思路.
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| 关 键 词： | 界面动态演化 羟基 水气变化反应 原位光谱 |
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