铈基复合氧化物催化剂在SiO2表面的失活机制

doi:10.3866/PKU.WHXB201703312

物理化学学报 >> 2017, Vol. 33 >> Issue (7): 1474-1482.doi: 10.3866/PKU.WHXB201703312

铈基复合氧化物催化剂在SiO₂表面的失活机制

占林军,孙晓燕,周瑛*(),朱秋莲,陈银飞,卢晗锋

浙江工业大学化学工程学院,杭州310014

收稿日期:2017-01-13 发布日期:2017-05-31
通讯作者: 周瑛 E-mail:wifx@zjut.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金(21506194);国家自然科学基金(21676255);浙江省自然科学基金(Y14E080008);浙江省自然科学基金(Y16B070025)

Deactivation Mechanism of CeO₂-Based Mixed Oxide Catalysts Supported on SiO₂

Lin-Jun ZHAN,Xiao-Yan SUN,Ying ZHOU*(),Qiu-Lian ZHU,Yin-Fei CHEN,Han-Feng Lu

College of Chemical Engineering, Zhejiang University of Technology, Hangzhou 310014, P. R. China

Received:2017-01-13 Published:2017-05-31
Contact: Ying ZHOU E-mail:wifx@zjut.edu.cn
Supported by:
the National Natural Science Foundation of China(21506194);the National Natural Science Foundation of China(21676255);Natural Science Foundation of Zhejiang Province, China(Y14E080008);Natural Science Foundation of Zhejiang Province, China(Y16B070025)

摘要/Abstract

摘要：

以甲苯催化燃烧为模型反应，通过调节不同Cu-Mn-Ce（CMC）复合氧化物在多孔SiO₂（KIT-6）上的负载量，研究了SiO₂表面与CMC作用对催化剂物理化学性能的影响。发现低负载量下CMC氧化物出现明显失活现象，与SiO₂接触会抑制氧化物活性相的形成，SiO₂量的减少可使CMC复合氧化物活性得到逐步恢复。X射线衍射（XRD）、程序升温还原（H₂-TPR）、N₂吸附（BET）和透射电镜（HRTEM）等表征表明，SiO₂不对CMC晶相结构产生影响，这种失活机制是由于SiO₂表面的丰富羟基作用，导致表面氧化物高度分散，活性氧物种从晶格氧转变为表面氧。复合氧化物的晶格氧对催化燃烧起到关键性作用，通过焙烧去除SiO₂表面羟基和减少SiO₂用量，可使复合氧化物晶格氧的数量增加，恢复复合氧化物催化剂活性。

关键词: SiO₂, Cu-Mn-Ce复合氧化物, 失活, 载体效应, 催化燃烧

Abstract:

Here we reported the effect of the Cu-Mn-Ce-SiO₂ (CMC-SiO₂) interaction on the physical and chemical aspects of the catalytic combustion of toluene by adjusting the loading amount of the CMC mixed oxide on SiO₂. Notably, the CMC/KIT-6 catalyst with low CMC loading performed poorly with an obvious deactivation, owing to the inhibition of the metal oxides active sites, while the activity recovered after washing away some SiO₂. The catalysts were characterized by X-ray diffraction (XRD), H₂ temperature-programmed reduction (H₂-TPR), N₂ adsorption, and high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM). Although there is no change in crystal structure after loading on SiO₂, active oxygen species immigrate from lattice to surface for SiO₂ surface rich in hydroxyl groups and having high dispersion of CMC, leading to deactivation of the CMC catalyst. However, it is worth mentioning that the lattice oxygen played a key role in catalytic combustion. The activity of the CMC catalyst recovered when the quantity of lattice oxygen increased upon removing surface -OH groups by calcination or removing some SiO₂ by alkali washing.

Key words: SiO₂, Cu-Mn-Ce mixed oxide, Deactivation, Supporting effect, Catalytic combustion

占林军,孙晓燕,周瑛,朱秋莲,陈银飞,卢晗锋. 铈基复合氧化物催化剂在SiO₂表面的失活机制[J]. 物理化学学报, 2017, 33(7), 1474-1482. doi: 10.3866/PKU.WHXB201703312

Lin-Jun ZHAN,Xiao-Yan SUN,Ying ZHOU,Qiu-Lian ZHU,Yin-Fei CHEN,Han-Feng Lu. Deactivation Mechanism of CeO₂-Based Mixed Oxide Catalysts Supported on SiO₂[J]. Acta Phys. -Chim. Sin. 2017, 33(7), 1474-1482. doi: 10.3866/PKU.WHXB201703312

链接本文: https://www.whxb.pku.edu.cn/CN/10.3866/PKU.WHXB201703312

https://www.whxb.pku.edu.cn/CN/Y2017/V33/I7/1474

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铈基复合氧化物催化剂在SiO₂表面的失活机制

Deactivation Mechanism of CeO₂-Based Mixed Oxide Catalysts Supported on SiO₂

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