非貴金屬混合氧化物納米催化劑的合成與應用研究獲進展
來源/作者:長春應用化學研究所  日期:2019-06-18

二氧化鈰(CeO2)是催化系統中應用非常廣泛的一種組分,其中貴金屬負載的CeO2基催化劑研究非常廣泛,然而,這類催化材料存在起燃溫度高、催化劑中毒、活性下降、重金屬污染等缺點,因此,大量的研究工作致力于開發新的先進材料以期獲得更好的性能。非貴金屬CeO2基混合氧化物作為潛在的替代材料,能夠有效地提高氧氣儲存/釋放能力克服在高溫下失去穩定性和活性的限制。然而,摻雜的組分、濃度、納米結構的形貌和尺寸均對催化性能有較大的影響,近年來科研工作者一直致力于這些方面的研究。

中國科學院長春應用化學研究所研究員宋術巖和中科院院士張洪杰團隊系統總結了非貴金屬CeO2基混合氧化物納米催化劑的研究現狀。與單組分催化劑材料相比,混合氧化物中的界面可以在很大程度上優化非均相催化反應的關鍵步驟,如底物分子的吸附速率、中間狀態以及產物的解吸速率。隨著合成技術的發展,一些具有特殊的納米結構如多孔、空心、核殼和蛋黃殼等類型的非貴金屬CeO2基混合氧化物材料已經成功地制備出來。這些具有不同尺寸、形態和粒子間相互作用的有趣結構具有一定的獨特的性質,有助于提高催化性能,通過對組分的優化,顯著提高了催化效果,但對于結構效應作用于催化應用的研究則非常少。

該綜述系統總結了非貴金屬CeO2基混合氧化物納米催化劑合成和催化應用方面最新的進展,關注與提高催化性能的合成策略、組分和結構效應,介紹了幾種典型的合成方法,包括共沉淀法、晶種生長法、硬模板法、軟模板法、自模板法、自氧化還原法和靜電紡絲法,總結了這些方法的優缺點及所適用的體系。催化應用方面主要涉及了一氧化碳氧化、氮氧化合物還原、蒸汽重整、干法重整、水汽遷移、優先一氧化碳氧化、光催化、電化學催化和仿酶催化等,對這些方面的最近進展、催化劑性能評估進行了闡述。文章最后討論了非貴金屬CeO2基混合氧化物納米催化劑領域當前存在的問題和面臨的挑戰,并展望了該領域的發展前景。該工作發表在Chem(Chem 2019, doi.org/10.1016/j.chempr.2019.04.009)上,得到國家自然科學基金委和吉林省科學技術廳項目的支持。

【關鍵詞】二氧化鈰 氧氣
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