稀土材料在多相催化中的应用研究进展概述
发布时间：2021-08-09 01:39
稀土在中国储量丰富,尤其在徐光宪等老一辈科学家不懈努力下开发了高效提纯稀土元素的有效方法,为当今的稀土性能应用研究打下了坚实的基础.稀土包括钪、钇以及镧系金属在内的17种元素,由于镧系元素最外层电子和次外层电子的结构相似([Xe]4fn-15d0～16s2 （n=1～15）),尤其是其独特的4f电子层结构,使稀土元素具有化学性质稳定、化学价态可变、配位形式多样、总体具有Lewis酸性等特点,使其在催化领域具有广泛的应用.但稀土元素电子层结构与催化反应效果之间的关系尚未有明确的总结,因此本文从稀土材料的电子结构特点出发,综述了其在多相（热）催化领域中作为载体、Lewis酸（碱）中心以及催化助剂等方面的应用.
【文章来源】：化学学报. 2020,78(07)北大核心SCICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
1%原子分数的Au负载在(a)CeO2纳米棒、(b,d)纳米立方体和(c)纳米多面体的TEM(a～c)和HRTEM(d)图像[38]
图2 1 atom%Au/CeO2纳米棒(●),纳米立方体(■),纳米多面体(▲)用于水煤气变换反应时CO转化率随温度的变化关系[38]类似的,严纯华、张亚文等[54]近期通过改变Ru在Ru/CeO2中的尺寸(单原子、纳米团簇1.2 nm、纳米颗粒4.0 nm),揭示了金属与载体之间的强相互作用随粒径尺寸的变化规律,同时讨论了H溢流效应与水脱除反应之间的竞争关系.具体体现为:当Ru是单原子时,CeO2与Ru之间的相互作用最强,可以抑制金属羰基的活化;而当Ru是纳米颗粒时,H溢流效应最强,能够抑制表面水的脱除;当Ru是纳米团簇时,金属与载体间的相互作用以及H溢流效应在Ru/CeO2纳米团簇催化剂上达到平衡,因此该复合材料表现出最佳的低温CO2甲烷化的活性,甲烷的选择性可达98%～100%.
催化助剂是指与催化活性组分产生特定作用从而使得催化剂活性、选择性和稳定性得到明显改善的一类物质.根据助剂所起的不同作用,又可以将其分为防止活性组分烧结、长大的结构型助剂和可以改变催化剂表观电子态的电子性助剂[75].由于稀土元素具有独特的外层电子分布特性,其4f轨道未完全充满,有多个能级、多个亚稳态,可改变催化剂的酸碱性、活性组分的电子态等诸多特性,因此可以作为电子促进剂,对催化剂的电子结构进行调控[76].同时,还可以将稳定性优良的稀土元素引入反应体系充当结构助剂[77],对载体的结构和形貌进行调控,起到增加体系稳定性的作用[22-24].例如,Cunha等[76]将La2O3引入Fe/Al合金,使La2O3同时作为电子性助剂和结构助剂.其采用原位热处理法制备了Fe/Al合金同La2O3的混合物.从X射线光电子能谱(XPS)表征可以看出,La2O3的加入使得催化剂中Fe 2p3/2的结合能降低,这说明La2O3可充当电子性助剂,La2O3的电子转移到了Fe上.图5 不同氧空位浓度的CeO2催化剂中,乙醇aldol缩合产物产率与CeO2氧空位浓度的线性关系(■)[74]
【参考文献】：
期刊论文
[1]铜-氧化铈界面:几何及电子结构（英文）[J]. 周燕,陈阿玲,宁静,申文杰. Chinese Journal of Catalysis. 2020(06)
[2]平衡Lewis酸碱催化剂催化乙醇转化形成C–C键的最新进展（英文）[J]. 戴菁菁,张洪波. Science China Materials. 2019(11)
[3]卟啉金属-有机框架在二氧化碳捕获与转化上的应用研究[J]. 陈之尧,刘捷威,崔浩,张利,苏成勇. 化学学报. 2019(03)
[4]Precious metal-support interaction in automotive exhaust catalysts[J]. 郑婷婷,何俊俊,赵云昆,夏文正,何洁丽. Journal of Rare Earths. 2014(02)
本文编号：3331101
【文章来源】：化学学报. 2020,78(07)北大核心SCICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
1%原子分数的Au负载在(a)CeO2纳米棒、(b,d)纳米立方体和(c)纳米多面体的TEM(a～c)和HRTEM(d)图像[38]
图2 1 atom%Au/CeO2纳米棒(●),纳米立方体(■),纳米多面体(▲)用于水煤气变换反应时CO转化率随温度的变化关系[38]类似的,严纯华、张亚文等[54]近期通过改变Ru在Ru/CeO2中的尺寸(单原子、纳米团簇1.2 nm、纳米颗粒4.0 nm),揭示了金属与载体之间的强相互作用随粒径尺寸的变化规律,同时讨论了H溢流效应与水脱除反应之间的竞争关系.具体体现为:当Ru是单原子时,CeO2与Ru之间的相互作用最强,可以抑制金属羰基的活化;而当Ru是纳米颗粒时,H溢流效应最强,能够抑制表面水的脱除;当Ru是纳米团簇时,金属与载体间的相互作用以及H溢流效应在Ru/CeO2纳米团簇催化剂上达到平衡,因此该复合材料表现出最佳的低温CO2甲烷化的活性,甲烷的选择性可达98%～100%.
催化助剂是指与催化活性组分产生特定作用从而使得催化剂活性、选择性和稳定性得到明显改善的一类物质.根据助剂所起的不同作用,又可以将其分为防止活性组分烧结、长大的结构型助剂和可以改变催化剂表观电子态的电子性助剂[75].由于稀土元素具有独特的外层电子分布特性,其4f轨道未完全充满,有多个能级、多个亚稳态,可改变催化剂的酸碱性、活性组分的电子态等诸多特性,因此可以作为电子促进剂,对催化剂的电子结构进行调控[76].同时,还可以将稳定性优良的稀土元素引入反应体系充当结构助剂[77],对载体的结构和形貌进行调控,起到增加体系稳定性的作用[22-24].例如,Cunha等[76]将La2O3引入Fe/Al合金,使La2O3同时作为电子性助剂和结构助剂.其采用原位热处理法制备了Fe/Al合金同La2O3的混合物.从X射线光电子能谱(XPS)表征可以看出,La2O3的加入使得催化剂中Fe 2p3/2的结合能降低,这说明La2O3可充当电子性助剂,La2O3的电子转移到了Fe上.图5 不同氧空位浓度的CeO2催化剂中,乙醇aldol缩合产物产率与CeO2氧空位浓度的线性关系(■)[74]
【参考文献】：
期刊论文
[1]铜-氧化铈界面:几何及电子结构（英文）[J]. 周燕,陈阿玲,宁静,申文杰. Chinese Journal of Catalysis. 2020(06)
[2]平衡Lewis酸碱催化剂催化乙醇转化形成C–C键的最新进展（英文）[J]. 戴菁菁,张洪波. Science China Materials. 2019(11)
[3]卟啉金属-有机框架在二氧化碳捕获与转化上的应用研究[J]. 陈之尧,刘捷威,崔浩,张利,苏成勇. 化学学报. 2019(03)
[4]Precious metal-support interaction in automotive exhaust catalysts[J]. 郑婷婷,何俊俊,赵云昆,夏文正,何洁丽. Journal of Rare Earths. 2014(02)
本文编号：3331101
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxue/3331101.html
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