控制CO选择氧化反应中金催化剂热点形成的新方法

doi:10.3866/PKU.WHXB201203303

物理化学学报 >> 2012, Vol. 28 >> Issue (06): 1455-1460.doi: 10.3866/PKU.WHXB201203303

控制CO选择氧化反应中金催化剂热点形成的新方法

王芳, 王彩红, 李大枝

滨州学院化学与化工系, 山东滨州 256603

收稿日期:2011-12-13 修回日期:2012-03-29 发布日期:2012-05-17
通讯作者: 王芳 E-mail:wangfangosso@yahoo.cn
基金资助:
滨州学院科研基金(2010Y06)资助项目

Novel Method of Controlling Formation of Hot-Spot over Gold Catalysts for CO Oxidation

WANG Fang, WANG Cai-Hong, LI Da-Zhi

Department of Chemistry & Chemical Engineering, Binzhou University, Binzhou 256603, Shandong Province, P. R. China

Received:2011-12-13 Revised:2012-03-29 Published:2012-05-17
Contact: WANG Fang E-mail:wangfangosso@yahoo.cn
Supported by:
The project was supported by the Research Fund of Binzhou University, China (2010Y06).

摘要/Abstract

摘要： 采用沉积-沉淀法制备了Al₂O₃和MO_x-Al₂O₃ (M=Fe, Zn)负载型金催化剂. 室温下对其CO氧化及富氢条件下CO选择氧化催化活性进行了广泛的研究. 催化剂床层温度由热电偶直接测定. 催化剂表面温度与O₂/CO的体积比以及CO和H₂的浓度密切相关. 在CO氧化反应过程中Au/Al₂O₃催化剂的温度可高达170°C, 添加FeO_x可使其降至55°C. 利用一系列仪器(X 射线衍射仪, X射线光电子能谱仪和透射电镜等)对催化剂的结构进行了表征. 结果显示Al₂O₃负载型金催化剂热点的形成可以通过添加合适的助剂很好地控制. 助剂的添加能够使催化剂活性中心由金属态Au变为Au^III, 从而导致了CO选择氧化反应机理不同.

关键词: CO氧化, 助剂, 金催化剂, 热点

Abstract: Au catalysts supported on Al₂O₃ and MO_x-Al₂O₃ (M=Fe and Zn) were prepared by the deposition-precipitation method. Their catalytic activities for CO oxidation in the absence and presence of an H₂-rich steam at room temperature were investigated in detail. Catalyst bed temperatures were determined directly by a thermocouple. The catalyst surface temperature depended on the volume ratio of O₂/CO, and the concentrations of CO and H₂. The temperature on the Au/Al₂O₃ surface can reach 170°C during CO oxidation, and is decreased to 55°C by addition of FeO_x. These results indicate that formation of hot-spots on γ-alumina-supported gold catalysts could be controlled by adding an appropriate dopant. The structure of the catalysts was characterized by techniques such as X-ray powder diffraction, X-ray photoelectron spectroscopy and transmission electron microscopy. Addition of a dopant could transfer the active center from Au to Au^III, which resulted in different reaction mechanisms of preferential oxidation of CO in the presence of H₂.

Key words: CO oxidation, Dopant, Gold catalyst, Hot-spot

王芳, 王彩红, 李大枝. 控制CO选择氧化反应中金催化剂热点形成的新方法[J]. 物理化学学报, 2012, 28(06), 1455-1460. doi: 10.3866/PKU.WHXB201203303

WANG Fang, WANG Cai-Hong, LI Da-Zhi. Novel Method of Controlling Formation of Hot-Spot over Gold Catalysts for CO Oxidation[J]. Acta Phys. -Chim. Sin. 2012, 28(06), 1455-1460. doi: 10.3866/PKU.WHXB201203303

链接本文: https://www.whxb.pku.edu.cn/CN/10.3866/PKU.WHXB201203303

https://www.whxb.pku.edu.cn/CN/Y2012/V28/I06/1455

参考文献

(1) Yu, J.; Wu, G. S.; Mao, D. S.; Lu, G. Z. Acta Phys. -Chim. Sin. 2008, 24, 1751.[ 俞俊, 吴贵升, 毛东森, 卢冠忠. 物理化学学报, 2008, 24, 1751.]  doi: 10.1016/S1872-1508(08)60071-6
(2) Wen, L.; Lin, Z. Y.; Zhou, J. Z.; Gu, P. Y.; Fu, J. K.; Lin, Z. H. Acta Phys. -Chim. Sin. 2008, 24, 581. [文莉, 林种玉, 周剑章, 古萍英, 傅锦坤, 林仲华. 物理化学学报, 2008, 24 , 581.]
(3) Ye, Q., Huo, F. F., Yan, L. N., Wang, J., Cheng, S. Y., Kang, T. F. Acta Phys. -Chim. Sin., 2011, 27, 2872. [叶青, 霍飞飞, 闫立娜, 王娟, 程水源, 康天放. 物理化学学报, 2011, 27, 2872]
(4) Wang, S. R.; Wu, S. H.; Shi, J.; Zheng, X. C.; Huang, W. P. Acta Phys. -Chim. Sin. 2004, 20, 428. [王淑荣, 吴世华, 石娟, 郑修成, 黄唯平. 物理化学学报, 2004, 20, 428.]
(5) Liu, Y. L., You, C. R., Li, Y., He, T., Zhang, X. Q., Suo, Z. H. Acta Phys. -Chim. Sin. 2010, 26, 2455. [刘玉良, 由翠荣, 李杨, 何涛, 张香芹, 索掌怀. 物理化学学报, 2010, 26, 2455.]
(6) Xu, C. X.; Su, J. X.; Xu, J. H.; Liu, P. P.; Zhao, H. J.; Tian, F.; Ding, Y. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 42.  doi: 10.1021/ja0675503
(7) Wang, F.; Lu, G. X. Catal. Lett. 2007, 115, 46.  doi: 10.1007/s10562-007-9069-x
(8) Panzera, G.; Modafferi, V.; Candamano, S.; Donato, A.; Frusteri, F.; Antonucci, P. L. J. Power Sources. 2004, 135 , 177.
(9)Zhang, M. H.; Hong, Y.; Ding, S. J.; Hu, J. J.; Fan, Y. X.; Voevodin, A. A.; Su, M. Nanoscale. 2010, 2, 2790.
(10) Kahlich, M.; Gasteiger, H.; Behm, R. J. New Mater. Electrochem. Syst. 1998, 1, 39.
(11) Echigo, M.; Tabata, T. Catal. Today 2004, 90, 269.  doi: 10.1016/j.cattod.2004.04.036
(12) Morillo, A.; Merten, C.; Eigenberger, G.; Hermann, I.; Lemken, D. Chem. Ing. Tech. 2003, 75, 68.  doi: 10.1002/cite.200390024
(13) Gritsch, A.; Kolios, G.; Eigenberger, G. Chem. Ing. Tech. 2004, 76, 722.  doi: 10.1002/cite.200403369
(14) Pinkerton, B.; Luss, D. Ind. Eng. Chem. Res. 2007, 46, 1898.  doi: 10.1021/ie060903m
(15) Marwaha, B.; Annamalai, J.; Luss, D. Chem. Eng. Sci. 2001, 56, 89.  doi: 10.1016/S0009-2509(00)00411-5
(16) Li, Sh. F.; Chemistry and catalytic reaction engineering, Chemical Industry Press, Beijing 1986, pp.199-202. [李绍芬. 化学与催化反应工程. 北京: 化学工业出版社, 1986: 199-202]
(17) Zhu, L. J.; Frens, G. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 18307.  doi: 10.1021/jp063456x
(18) Haruta, M.; Yamada, N.; Kobayash, T. Iijima, S. J. Catal. 1989, 115, 301.  doi: 10.1016/0021-9517(89)90034-1
(19) Visco, A. M.; Neri, F.; Neri, G.; Donato, A.; Milone, C.; Galvagno, S. Phys. Chem. Chem. Phys. 1999, 1, 2869.
(20) Li, B. T.; Maruyama, K. J.; Nurunnabi, M.; Kunimori, K.; Tomishige, K. Ind. Eng. Chem. Res. 2005, 44, 485.  doi: 10.1021/ie0493210
(21) Graciani, J.; Oviedo, J.; Sanz, J. F. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 11600.  doi: 10.1021/jp057322f
(22) Mavrikakis, M.; Hammer, B.; Nørskov, J. K. Phys. Rev. Lett. 1998, 81, 2819.  doi: 10.1103/PhysRevLett.81.2819
(23) Tripathy, A. K.; Kamble, V. S.; Gupta, N. M. J. Catal. 1999, 187 , 332
(24) Reed, T. B. Free Energy Formation of Binary Compounds; MIT Press: Cambridge, 1971.
(25) Kotobuki, M.; Watanabe, A.; Uchida, H.; Yamashita, H.; Watanabe, M. J. Catal. 2005, 236, 262.  doi: 10.1016/j.jcat.2005.09.026

[1]	刘若娟, 刘冰之, 孙靖宇, 刘忠范. 气相助剂辅助绝缘衬底上石墨烯生长：现状与展望[J]. 物理化学学报, 2023, 39(1): 2111011 -0 .
[2]	赵华博, 马丁. χ-Fe₅C₂：结构，合成与催化性质调控[J]. 物理化学学报, 2020, 36(1): 1906087 - .
[3]	何成欢, 郭杨龙, 郭耘, 王筠松, 王丽, 詹望成. 不同组成和结构LaMnO₃钙钛矿负载Au催化剂的CO氧化活性[J]. 物理化学学报, 2019, 35(4): 422 -430 .
[4]	黄学辉,商晓辉,牛鹏举. SBA-15表面改性及其对介孔La_0.8Sr_0.2CoO₃钙钛矿型催化剂结构和性能的影响[J]. 物理化学学报, 2017, 33(7): 1462 -1473 .
[5]	陈明树. 催化剂活性位本质和构效关系的模型催化研究[J]. 物理化学学报, 2017, 33(12): 2424 -2437 .
[6]	顾勇冰,蔡秋霞,陈先朗,庄镇展,周虎,庄桂林,钟兴,梅东海,王建国. Al₂O₃/Au(111)反相催化剂在CO氧化反应中界面作用的理论研究[J]. 物理化学学报, 2016, 32(7): 1674 -1680 .
[7]	贾永昌,王树元,孟涟,鲁继青,罗孟飞. Zr掺杂对PdO/Ce_1-xPd_xO_2-δ催化剂CO和CH₄催化氧化的影响[J]. 物理化学学报, 2016, 32(7): 1801 -1809 .
[8]	黄伟新,千坤,邬宗芳,陈士龙. 金催化作用的结构敏感性[J]. 物理化学学报, 2016, 32(1): 48 -60 .
[9]	王保伟, 刘思含, 胡宗元, 李振花, 马新宾. 耐硫甲烷化中H₂S浓度对MoO₃/Al₂O₃和CoO-MoO₃/Al₂O₃催化剂的影响[J]. 物理化学学报, 2015, 31(3): 545 -551 .
[10]	邢建东,敬方梨,储伟,孙红丽,喻磊,张欢,罗仕忠. CeO₂对CuCl/活性炭吸附剂C₂H₄/C₂H₆吸附分离性能促进作用[J]. 物理化学学报, 2015, 31(11): 2158 -2164 .
[11]	陈维苗, 丁云杰, 薛飞, 宋宪根. CO加氢制C₂含氧化合物Rh基催化剂中常见助剂的作用[J]. 物理化学学报, 2015, 31(1): 1 -10 .
[12]	董文达, 朱何俊, 丁云杰, 裴彦鹏, 杜虹, 王涛. 微量Li助剂对Co/AC催化剂合成高碳醇性能的影响[J]. 物理化学学报, 2014, 30(9): 1745 -1751 .
[13]	高鹏, 李枫, 赵宁, 王慧, 魏伟, 孙予罕. 以类水滑石为前驱体的Cu/Zn/Al/（Zr）/（Y）催化剂制备及其催化CO₂加氢合成甲醇的性能[J]. 物理化学学报, 2014, 30(6): 1155 -1162 .
[14]	郭章龙, 黄丽琼, 储伟, 罗仕忠. 助剂对NiMgAl催化剂的结构和甲烷二氧化碳重整反应性能的影响[J]. 物理化学学报, 2014, 30(4): 723 -728 .
[15]	吕永阁, 李勇, 塔娜, 申文杰. Co₃O₄纳米立方体的可控合成及其CO氧化反应性能[J]. 物理化学学报, 2014, 30(2): 382 -388 .

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Novel Method of Controlling Formation of Hot-Spot over Gold Catalysts for CO Oxidation

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