Stable CuO/La2Sn2O7
catalysts for soot combustion: Study on the monolayer dispersion behavior of CuO over a La2Sn2O7
pyrochlore support
构建稳定的CuO/La2Sn2O7催化剂用于碳烟颗粒燃烧:
冯小辉, 刘瑞, 徐香兰, 佟云艳, 张诗婧, 何佳城, 徐骏伟, 方修忠, 王翔*
柴油车尾气排放的碳烟颗粒造成了日益严重的环境污染.目前催化燃烧是消除碳烟颗粒污染的有效技术.
针对金属氧化物负载体系,
20世纪70年代末谢有畅教授等人提出了单层分散理论,
是指导设计高效负载催化剂的一个重要思想,
已被科研工作者们普遍接受.
当负载催化剂体系用于某个特定反应时,
通常会表现出单层分散阈值效应,
即负载的活性组分含量为单层分散阈值时,
催化剂往往具有最好的活性和选择性.
为探究金属氧化物在复合氧化物载体上的分散行为,
并期望研制出性能优良的碳烟颗粒消除催化剂,
本文制备了系列不同负载量的CuO/La2Sn2O7催化剂,
并把实验表征技术和DFT计算方法相结合,
对其构效关系进行了研究.
结果表明,
CuO可自发分散在La2Sn2O7烧绿石载体,
其单层分散容量为1.90
mmol CuO/100
m2
La2Sn2O7.
CuO负载量不高于该容量时,
以亚单层或单层分散状态存在.
XPS、Raman、Bader电荷和DOS分析证明,
亚单层/单层CuO中的Cu2+离子可把其电荷选择性地传递给La2Sn2O7烧绿石载体结构中B位的Sn4+离子,
因而与载体产生强相互作用.
反之,
Cu2+离子与载体结构中A位的La3+离子之间无电荷转移,
不产生作用.
这表明在含多种金属离子的复合氧化物载体上,
被负载的金属氧化物可优先与载体中的一种金属离子产生相互作用.
Raman、原位DRIFTS和XPS结果表明,
在界面上形成的O2‒和O22‒亲电氧离子是CuO/La2Sn2O7催化剂表面的活性中心,
其含量决定了催化剂碳烟颗粒燃烧的活性.
在CuO负载量低于单层分散容量时,
这些表面活性亲电氧离子含量随着CuO的负载量升高而增加,
直至单层分散容量时达到最大.
在CuO负载量高于单层分散容量时,
CuO微晶开始形成,
并对表面活性亲电氧离子的生成产生负面影响.
上述结果表明,
CuO/La2Sn2O7催化剂用于碳烟颗粒燃烧具有明显的单层分散阈值效应； 并可通过在La2Sn2O7载体表面负载单层分散量的CuO获得活性最佳的催化剂.
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