Citation: Shuang Liu, Nanfang Tang, Qinghao Shang, Chuntian Wu, Guoliang Xu, Yu Cong. Superior performance of iridium supported on rutile titania for the catalytic decomposition of N2O propellants[J]. Chinese Journal of Catalysis, 2018, 39(7): 1189-1193. doi: 10.1016/S1872-2067(18)63077-3
金红石型氧化钛负载的铱在催化分解N2O推进剂反应中的应用
有关N2O分解催化剂的报道很多，如纯相或复合氧化物、金属交换分子筛和负载贵金属等，但是这些催化剂仍然存在活性较低等问题，难以满足N2O推进系统的应用需求.氧化钛是光催化和金催化常用的催化剂，经还原后能够形成氧缺陷，可以为涉氧反应提供电子，而N2O分解会产生大量氧，氧脱附是其速率控制步骤，因而以氧化钛为载体，有望促进氧脱附及N2O分解.与此同时，氧化铱具有较高的N2O分解活性，而且与金红石型氧化钛晶格相似，相似的晶格参数可能会促进其在氧化钛表面的分散，进一步提高N2O分解性能.基于此，本文以金红石氧化钛（r-TiO2）为载体，采用匀相沉积沉淀法制备了不同载量的金红石氧化钛负载铱催化剂（Ir/r-TiO2），并制备了锐钛矿型氧化钛、混合晶相P25和γ-Al2O3负载铱催化剂作为对比.
通过活性测试我们发现，Ir/r-TiO2催化剂显示了非常优异的N2O分解活性，N2O转化率明显高于参比催化剂，在250℃就能够开始分解，在300℃可以分解完全，而且当Ir含量降低到0.1%时，催化剂仍然保持与2 wt% Ir/γ-Al2O3相当的催化活性.
随后我们采取多种表征手段对Ir/r-TiO2的活性本质和N2O分解机理进行了探究.首先利用BET、HAADF-STEM和XRD对催化剂的基本物性进行了测试，发现Ir/r-TiO2具有较低的比表面积，但金属铱在金红石氧化钛表面表现出较高的分散度，平均粒径仅为1.25 nm.采用H2-TPR和O 1s XPS考察了催化剂的电子特性和还原特性，发现Ir/r-TiO2催化剂上高分散的Ir与氧的结合能较弱，易于还原，有助于N2O的分解和生成氧的脱附.进一步采用原位N2O-DRIFT对N2O分解过程进行了研究，发现了桥式过氧物种，并据此提出了N2O在Ir/r-TiO2催化剂上的分解机理.
English
Superior performance of iridium supported on rutile titania for the catalytic decomposition of N2O propellants
-
Key words:
- Heterogeneous catalysis
- / Nitrous oxide
- / Catalytic decomposition
- / Iridium catalyst
- / Titania
-
-
[1] X. Y. Zhao, Y. Cong, F. Lv, L. Li, X. D. Wang, T. Zhang, Chem. Com-mun., 2010, 46, 3028-3030.
-
[2] F. Kapteijn, J. Rodriguez-Mirasol, J. A. Moulijn, Appl. Catal. B, 1996, 9, 25-64.
-
[3] L. Xue, H. He, C. Liu, C. B. Zhang, B. Zhang, Environ. Sci. Technol., 2009, 43, 890-895.
-
[4] Q. Shen, L. Y. Zhang, M. F. Wu, H. Wang, N. N. Sun, W. Wei, Y. H. Sun, Mater. Res. Bull., 2017, 87, 1-5.
-
[5] G. Grzybek, P. Stelmachowski, S. Gudyka, J. Duch, K. Ćmil, A. Ko-tarba, Z. Sojka, Appl. Catal. B, 2015, 168-169, 509-514.
-
[6] J. A. Z. Pieterse, S. Booneveld, R. W. van den Brink, Appl. Catal. B, 2004, 51, 215-228.
-
[7] X. Y. Zhao, Y. Cong, Y. Q. Huang, S. Liu, X. D. Wang, T. Zhang, Catal. Lett., 2011, 141, 128-135.
-
[8] J. Lin, L. Li, X. L. Pan, X. D. Wang, Y. Cong, T. Zhang, S. M. Zhu, AIChE J., 2016, 62, 3973-3981.
-
[9] C. D. Huang, Y. Y. Zhu, X. D. Wang, X. Liu, J. H. Wang, T. Zhang, J. Catal., 2017, 34, 9-20.
-
[10] Z. Y. Huang, Z. G. Gao, S. M. Gao, Q. Y. Wang, Z. Y. Wang, B. B. Huang, Y. Dai, Chin. J. Catal., 2017, 38, 821-830.
-
[11] L. Cisneros, P. Serna, A. Corma, Chin. J. Catal., 2016, 37, 1756-1763.
-
[12] S. Wendt, P. T. Sprunger, E. Lira, G. K. H. Madsen, Z. S. Li, J. O. Han-sen, J. Matthiesen, A. Blekinge-Rasmussen, E. Laegsgaard, B. Hammer, F. Besenbacher, Science, 2008, 320, 1755-1759.
-
[13] J. Lin, H. Y. Chen, L. Chen, K. L. Tan, H. C. Zeng, Appl. Surf. Sci., 1996, 103, 307-314.
-
[14] X. Bokhimi, R. Zanella, C. Angeles-Chavez, J. Phys. Chem. C, 2010, 114, 14101-14109.
-
[15] S. Liu, Y. Cong, Y. Q. Huang, X. Y. Zhao, T. Zhang, Catal. Today, 2011, 175, 264-270.
-
[16] E. Pachatouridou, E. Papista, A. Delimitis, M. A. Vasiliades, A. M. Efstathiou, M. D. Amiridis, O. S. Alexeev, D. Bloom, G. E. Marnellos, M. Konsolakis, E. Iliopoulou, Appl. Catal. B, 2016, 187, 259-268.
-
[17] H. Rojias, G. Borda, P. Reyes, J. J. Martínez, J. Valencia, J. L. G. Fierro, Catal. Today, 2008, 133-135, 699-705.
-
[18] J. Lin, B. T. Qiao, L. Li, H. L. Guan, C. Y. Ruan, A. Q. Wang, W. S. Zhang, X. D. Wang, T. Zhang, J. Catal., 2014, 319, 142-149.
-
[19] F. D. Liu, H. He, Y. Ding, C. B. Zhang, Appl. Catal. B, 2009, 93, 194-204.
-
[20] Y. L. Wang, Z. G. Lei, B. H. Chen, Q. H. Guo, N. Liu, Appl. Surf. Sci., 2010, 256, 4042-4047.
-
[21] W. B. Tolman, Angew. Chem. Int. Ed., 2010, 49, 1018-1024.
-
[22] M. H. Shao, P. Liu, R. R. Adzic, J. Am. Chem. Soc., 2006, 128, 7408-7409.
-
[23] N. Sivasankar, W. W. Weare, H. Frei, J. Am. Chem. Soc., 2011, 133, 12976-12979.
-
-
扫一扫看文章
计量
- PDF下载量: 4
- 文章访问数: 1044
- HTML全文浏览量: 238
下载:
