CuO调配SnO2表面用于碳烟颗粒燃烧:单层分散阈值效应对催化性能的影响

沈家庭 冯小辉 刘瑞 徐香兰 饶成 刘建军 方修忠 谭超 谢有畅 王翔

引用本文: 沈家庭,  冯小辉,  刘瑞,  徐香兰,  饶成,  刘建军,  方修忠,  谭超,  谢有畅,  王翔. CuO调配SnO2表面用于碳烟颗粒燃烧:单层分散阈值效应对催化性能的影响[J]. 催化学报, 2019, 40(6): 905-916. doi: S1872-2067(19)63354-1 shu
Citation:  Jiating Shen,  Xiaohui Feng,  Rui Liu,  Xianglan Xu,  Cheng Rao,  Jianjun Liu,  Xiuzhong Fang,  Chao Tan,  Youchang Xie,  Xiang Wang. Tuning SnO2 surface with CuO for soot particulate combustion:The effect of monolayer dispersion capacity on reaction performance[J]. Chinese Journal of Catalysis, 2019, 40(6): 905-916. doi: S1872-2067(19)63354-1 shu

CuO调配SnO2表面用于碳烟颗粒燃烧:单层分散阈值效应对催化性能的影响

  • 基金项目:

    国家自然科学基金(21567016,21666020);江西省自然科学基金(20181ACB20005,20171BAB213013,20181BCD40004,20181BAB203017);江西省研究生创新基金(YC2018-B015);江西省教育厅基金(KJLD14005);四川省高校过程分析与控制重点实验室开放基金(2017002).

摘要: 柴油发动机由于具有良好的动力和经济性等优势而得到广泛的应用,但排放的尾气中碳烟颗粒物(PM)却给人类健康和环境带来了严重的危害.目前PM污染的治理引起了广大科研工作者的关注.催化燃烧成为PM污染消除技术中最有效的方法.
金属氧化物负载到载体上时,通常会出现单层分散现象,其单层分散容量可以通过XRD,XPS和Raman等外推法测定.此外,当负载体系用作某种反应的催化剂时,往往会表现出单层分散阈值效应,即阈值附近的催化剂通常具有较高的活性和选择性等.目前单层分散理论已被广泛接受,成为设计高性能催化材料的重要指导思想.
在过去八年本课题组将SnO2基催化材料用于多种环保和能源反应,并系统地探究了其催化性能.结果表明,SnO2含有丰富的表面活泼氧和晶格氧,且热稳定性高,是一种优良的催化剂载体.基于单层分散理论,为获得更实用的PM燃烧催化剂,我们利用浸渍法设计制备了系列不同CuO负载量的CuO/SnO2催化剂,并使用XRD,XPS,Raman,TEM,STEM-mapping,H2-TPR,soot-TPR和O2-TPD等手段深入研究了其构效关系.利用XRD和XPS外推法测得的CuO高度分散在SnO2载体表面,其单层分散阈值为2.09mmol 100 m-2,即相当于4.8% CuO负载量.低于该负载量时,CuO以亚单层分散态存在;而高于该负载量时,形成的CuO微晶和单层分散态的CuO共存.在单层分散阈值之前,催化剂的碳烟燃烧活性随CuO负载量的升高而上升;进一步提高CuO负载量对其活性无明显的影响.Raman结果表明,在单层分散阈值之前,CuO负载到SnO2载体上可有效形成表面活泼氧中心,且其含量随CuO负载量升高而增加;进一步提高CuO负载量则对其含量无明显改变.因此,CuO/SnO2催化剂用于碳烟颗粒燃烧具有明显的阈值效应.以上结果表明,表面活泼氧中心含量是决定该催化剂活性的主要因素.

English

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  • 收稿日期:  2019-01-29
  • 修回日期:  2019-03-12
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
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    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

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