Citation: Mahesh M. Nair, Freddy Kleitz, Serge Kaliaguine. Pore structure effects on the kinetics of methanol oxidation over nanocast mesoporous perovskites[J]. Chinese Journal of Catalysis, 2016, 37(1): 32-42. doi: 10.1016/S1872-2067(15)60909-3
孔结构对纳米浇注的中孔钙钛矿上甲醇氧化反应动力学的影响
在过去20年中,中孔氧化硅及随后众多中孔材料的成功制备,使得合成具有极高比表面积的非硅基材料(如碳,金属氧化物,和碳化物等)成为可能.在这些材料的制备方法中,纳米浇铸法因其特别适用于制备具有高比表面积的单金属或单金属氧化物而备受青睐.采用纳米浇铸法已经成功制得一系列材料,并用于很多催化反应中.但文献报道大多只局限于温度、催化剂组成或比表面积对其活性的影响.为了能将这些材料成功用于工业应用,需要对其表面反应机理和相关反应动力学进行深入的研究.
最近,本课题组采用纳米浇铸法制备了高比表面积的中孔钙钛矿类氧化物,并考察了它们的催化性能.结果表明,在各种气相反应中,所制纳米浇注的钙钛矿类氧化物具有比相应体相氧化物更高的催化效率.基于此,本文以在不同温度老化的SBA-15为硬模板,采用纳米浇铸法制备高比表面积的LaMnO3材料,运用X-射线衍射、N2吸附-脱附、透射电镜、程序升温还原和O2-程序升温脱附等方法分析所制材料的晶相、织构、表面和氧化还原等性质,考察了其孔结构参数对其催化甲醇完全氧化反应性能和动力学的影响,以深入理解该类材料的催化性能.结果表明,以35,100,140℃老化制得的SBA-15为模板剂,成功地制得了La在A位,Mn在B位的一系列LaMnO3材料,它们具有可调控的比表面积(80-190m2/g);同时,材料的比表面积与所用硬模板剂的老化温度存在很好的关联,且比表面积最大的样品具有最高的催化活性.测量了各催化剂在不同空速(19500-78200h-1)条件下甲醇氧化反应结果,从而得到了各催化剂的速率常数,发现它们随着催化剂的比表面积而变化.再结合阿伦尼乌斯方程,采用线性回归法测得了所制备的三个催化剂上该方程的指前因子和表观活化能;发现在所考察的反应条件下,所有催化剂上反应的表观活化能较低,且保持不变.另外,指前因子与催化剂比表面积之间存在线性关系,表明尽管各催化剂的比表面积不同,但单位比表面积的甲醇氧化的比活性是相同的.由于在制备过程中很难除去残余的Si物种,因此未来工作中我们将进一步考察残余物种对纳米浇注的钙钛矿类材料性质的影响.
English
Pore structure effects on the kinetics of methanol oxidation over nanocast mesoporous perovskites
-
Key words:
- Mesoporous perovskites
- / High surface area
- / Nanocasting
- / Methanol oxidation
- / Kinetics
-
-
[1] A. O'Malley, B. K. Hodnett, Catal. Today, 1999, 54, 31.[1] A. O'Malley, B. K. Hodnett, Catal. Today, 1999, 54, 31.
-
[2] T. Garcia, B. Solsona, D. Cazorla-Amoros, A. Linares-Solano, S. H. Taylor, Appl. Catal. B, 2006, 62, 66.[2] T. Garcia, B. Solsona, D. Cazorla-Amoros, A. Linares-Solano, S. H. Taylor, Appl. Catal. B, 2006, 62, 66.
-
[3] C. H. Kim, G. Qi, K. Dahlberg, W. Li, Science, 2010, 327, 1624.[3] C. H. Kim, G. Qi, K. Dahlberg, W. Li, Science, 2010, 327, 1624.
-
[4] H. Arai, T. Yamada, K. Eguchi, T. Seiyama, Appl. Catal., 1986, 26, 265.[4] H. Arai, T. Yamada, K. Eguchi, T. Seiyama, Appl. Catal., 1986, 26, 265.
-
[5] V. C. Belessi, P. N. Trikalitis, A. K. Ladavos, T. V. Bakas, P. J. Pomonis, Appl. Catal. A, 1999, 177, 53.[5] V. C. Belessi, P. N. Trikalitis, A. K. Ladavos, T. V. Bakas, P. J. Pomonis, Appl. Catal. A, 1999, 177, 53.
-
[6] H. Taguchi, S. Yamada, M. Nagao, Y. Ichikawa, K. Tabata, Mater. Res. Bull., 2002, 37, 69.[6] H. Taguchi, S. Yamada, M. Nagao, Y. Ichikawa, K. Tabata, Mater. Res. Bull., 2002, 37, 69.
-
[7] S. O'Brien, L. Brus, C. B. Murray, J. Am. Chem. Soc., 2001, 123, 12085.[7] S. O'Brien, L. Brus, C. B. Murray, J. Am. Chem. Soc., 2001, 123, 12085.
-
[8] J. Kirchnerova, D. Klvana, Solid State Ionics, 1999, 123, 307.[8] J. Kirchnerova, D. Klvana, Solid State Ionics, 1999, 123, 307.
-
[9] S. Kaliaguine, A. Van Neste, V. Szabo, J. E. Gallot, M. Bassir, R. Muzychuk, Appl. Catal. A, 2001, 209, 345.[9] S. Kaliaguine, A. Van Neste, V. Szabo, J. E. Gallot, M. Bassir, R. Muzychuk, Appl. Catal. A, 2001, 209, 345.
-
[10] H. F. Yang, D. Y. Zhao, J. Mater. Chem., 2005, 15, 1217.[10] H. F. Yang, D. Y. Zhao, J. Mater. Chem., 2005, 15, 1217.
-
[11] A. H. Lu, F. Schuth, Adv. Mater., 2006, 18, 1793.[11] A. H. Lu, F. Schuth, Adv. Mater., 2006, 18, 1793.
-
[12] H. Yen, Y. Seo, R. Guillet-Nicolas, S. Kaliaguine, F. Kleitz, Chem. Commun., 2011, 47, 10473.[12] H. Yen, Y. Seo, R. Guillet-Nicolas, S. Kaliaguine, F. Kleitz, Chem. Commun., 2011, 47, 10473.
-
[13] F. Jiao, A. Harrison, A. H. Hill, P. G. Bruce, Adv. Mater., 2007, 19, 4063.[13] F. Jiao, A. Harrison, A. H. Hill, P. G. Bruce, Adv. Mater., 2007, 19, 4063.
-
[14] Y. G. Wang, J. W. Ren, Y. Q. Wang, F. Y. Zhang, X. H. Liu, Y. Guo, G. Z. Lu, J. Phys. Chem. C, 2008, 112, 15293.[14] Y. G. Wang, J. W. Ren, Y. Q. Wang, F. Y. Zhang, X. H. Liu, Y. Guo, G. Z. Lu, J. Phys. Chem. C, 2008, 112, 15293.
-
[15] M. M. Nair, F. Kleitz, S. Kaliaguine, ChemCatChem, 2012, 4, 387.[15] M. M. Nair, F. Kleitz, S. Kaliaguine, ChemCatChem, 2012, 4, 387.
-
[16] H. Tüysüz, C. W. Lehmann, H. Bongard, B. Tesche, R. Schmidt, F. Schüth, J. Am. Chem. Soc., 2008, 130, 11510.[16] H. Tüysüz, C. W. Lehmann, H. Bongard, B. Tesche, R. Schmidt, F. Schüth, J. Am. Chem. Soc., 2008, 130, 11510.
-
[17] M. Tiemann, Chem. Mater., 2008, 20, 961.[17] M. Tiemann, Chem. Mater., 2008, 20, 961.
-
[18] F. Jiao, K. M. Shaju, P. G. Bruce, Angew. Chem. Int. Ed., 2005, 44, 6550.[18] F. Jiao, K. M. Shaju, P. G. Bruce, Angew. Chem. Int. Ed., 2005, 44, 6550.
-
[19] B. Z. Tian, X. Y. Liu, L. A. Solovyov, Z. Liu, H. F. Yang, Z. D. Zhang, S. H. Xie, F. Q. Zhang, B. Tu, C. Z. Yu, O. Terasaki, D. Y. Zhao, J. Am. Chem. Soc., 2004, 126, 865.[19] B. Z. Tian, X. Y. Liu, L. A. Solovyov, Z. Liu, H. F. Yang, Z. D. Zhang, S. H. Xie, F. Q. Zhang, B. Tu, C. Z. Yu, O. Terasaki, D. Y. Zhao, J. Am. Chem. Soc., 2004, 126, 865.
-
[20] F. Jiao, A. Harrison, J. C. Jumas, A. V. Chadwick, W. Kockelmann, P. G. Bruce, J. Am. Chem. Soc., 2006, 128, 5468.[20] F. Jiao, A. Harrison, J. C. Jumas, A. V. Chadwick, W. Kockelmann, P. G. Bruce, J. Am. Chem. Soc., 2006, 128, 5468.
-
[21] W. C. Li, M. Comotti, A. H. Lu, F. Schüth, Chem. Commun., 2006, 1772.[21] W. C. Li, M. Comotti, A. H. Lu, F. Schüth, Chem. Commun., 2006, 1772.
-
[22] R. K. C. de Lima, M. S. Batista, M. Wallau, E. A. Sanches, Y. P. Mascarenhas, E. A. Urquieta-Gonzalez, Appl. Catal. B, 2009, 90, 441.[22] R. K. C. de Lima, M. S. Batista, M. Wallau, E. A. Sanches, Y. P. Mascarenhas, E. A. Urquieta-Gonzalez, Appl. Catal. B, 2009, 90, 441.
-
[23] Y. C. Du, Q. Meng, J. S. Wang, J. Yan, H. G. Fan, Y. X. Liu, H. X. Dai, Microporous Mesoporous Mater., 2012, 162, 199.[23] Y. C. Du, Q. Meng, J. S. Wang, J. Yan, H. G. Fan, Y. X. Liu, H. X. Dai, Microporous Mesoporous Mater., 2012, 162, 199.
-
[24] S. P. D. Marques, A. L. Pinheiro, T. P. Braga, A. Valentini, J. M. Filho, A. C. Oliveira, J. Mol. Catal. A, 2011, 348, 1.[24] S. P. D. Marques, A. L. Pinheiro, T. P. Braga, A. Valentini, J. M. Filho, A. C. Oliveira, J. Mol. Catal. A, 2011, 348, 1.
-
[25] Z. Sarshar, F. Kleitz, S. Kaliaguine, Energy Environ. Sci., 2011, 4, 4258.[25] Z. Sarshar, F. Kleitz, S. Kaliaguine, Energy Environ. Sci., 2011, 4, 4258.
-
[26] M. Choi, W. Heo, F. Kleitz, R. Ryoo, Chem. Commun., 2003, 1340.[26] M. Choi, W. Heo, F. Kleitz, R. Ryoo, Chem. Commun., 2003, 1340.
-
[27] A. V. Neimark, P. I. Ravikovitch, Microporous Mesoporous Mater., 2001, 44-45, 697.[27] A. V. Neimark, P. I. Ravikovitch, Microporous Mesoporous Mater., 2001, 44-45, 697.
-
[28] J. Landers, G. Yu Gor, A. V. Neimark, Colloids Surf. A, 2013, 437, 3.[28] J. Landers, G. Yu Gor, A. V. Neimark, Colloids Surf. A, 2013, 437, 3.
-
[29] F. Kleitz, F. Bérubé, R. Guillet-Nicolas, C. M. Yang, M. Thommes, J. Phys. Chem. C, 2010, 114, 9344.[29] F. Kleitz, F. Bérubé, R. Guillet-Nicolas, C. M. Yang, M. Thommes, J. Phys. Chem. C, 2010, 114, 9344.
-
[30] A. Galarneau, H. Cambon, F. Di Renzo, R. Ryoo, M. Choi, F. Fajula, New J. Chem., 2003, 27, 73.[30] A. Galarneau, H. Cambon, F. Di Renzo, R. Ryoo, M. Choi, F. Fajula, New J. Chem., 2003, 27, 73.
-
[31] M. Kruk, M. Jaroniec, C. H. Ko, R. Ryoo, Chem. Mater., 2000, 12, 1961.[31] M. Kruk, M. Jaroniec, C. H. Ko, R. Ryoo, Chem. Mater., 2000, 12, 1961.
-
[32] A. Rumplecker, F. Kleitz, E. L. Salabas, F. Schüth, Chem. Mater., 2007, 19, 485.[32] A. Rumplecker, F. Kleitz, E. L. Salabas, F. Schüth, Chem. Mater., 2007, 19, 485.
-
[33] F. Jiao, A. H. Hill, A. Harrison, A. Berko, A. V. Chadwick, P. G. Bruce, J. Am. Chem. Soc., 2008, 130, 5262.[33] F. Jiao, A. H. Hill, A. Harrison, A. Berko, A. V. Chadwick, P. G. Bruce, J. Am. Chem. Soc., 2008, 130, 5262.
-
[34] H. Tuysuz, M. Comotti, F. Schuth, Chem. Commun., 2008, 34, 4022.[34] H. Tuysuz, M. Comotti, F. Schuth, Chem. Commun., 2008, 34, 4022.
-
[35] H. Yen, Y. Seo, S. Kaliaguine, F. Kleitz, Angew. Chem. Int. Ed., 2012, 51, 12032.[35] H. Yen, Y. Seo, S. Kaliaguine, F. Kleitz, Angew. Chem. Int. Ed., 2012, 51, 12032.
-
[36] S. Royer, H. Alamdari, D. Duprez, S. Kaliaguine, Appl. Catal. B, 2005, 58, 273.[36] S. Royer, H. Alamdari, D. Duprez, S. Kaliaguine, Appl. Catal. B, 2005, 58, 273.
-
[37] A. Baiker, P. E. Marti, P. Keusch, E. Fritsch, A. Reller, J. Catal., 1994, 146, 268.[37] A. Baiker, P. E. Marti, P. Keusch, E. Fritsch, A. Reller, J. Catal., 1994, 146, 268.
-
[38] B. Levasseur, S. Kaliaguine, Appl. Catal. A, 2008, 343, 29.[38] B. Levasseur, S. Kaliaguine, Appl. Catal. A, 2008, 343, 29.
-
[39] G. Marban, A. B. Fuertes, T. Valdés-Solis, Microporous Mesoporous Mater., 2008, 112, 291.[39] G. Marban, A. B. Fuertes, T. Valdés-Solis, Microporous Mesoporous Mater., 2008, 112, 291.
-
-
扫一扫看文章
计量
- PDF下载量: 0
- 文章访问数: 841
- HTML全文浏览量: 116

下载: