ACS J. Phys. Chem. C: 纳米管OMS-2负载单原子铂催化剂,对苯氧化具有高活性

  • A+
标题:Nanotubular OMS-2 Supported Single-Atom Platinum Catalysts Highly Active for Benzene Oxidation

第一作者:Xiuqing Hao
通讯作者:Hongxing Dai
通讯单位:Beijing University of Technology

研究内容
以前,作者已经成功地制备了管,线,和棒状α-MnO2和花形Mn2O3球通过水热和CCl4基溶液路线,发现α-MnO2纳米棒由于其高的氧吸附浓度和良好的低温还原性而表现出优异的催化性能。作者还使用聚乙烯制备了xPt1/meso-Fe2O3催化剂醇保护还原法,观察到0.25wt%Pt1/meso-Fe2O3样品在苯的氧化中表现良好。在Pd1Co1/Al2O3苯氧化催化剂的另一项研究中,还观察到Pd1Co1/Al2O3催化剂由于钯和氧化钴活性位点的存在而具有增强的耐硫性。然而,到目前为止,文献中还没有看到Pt1/OMS-2催化剂制备并用于消除VOC。此外,OMS-2载体显示出比本体MnO2更好的催化活性,用于苯氧化。因此,作者使用纳米管OMS-2作为载体来配制苯燃烧的催化剂。出于这些考虑,作者在此报道了OMS-2负载的单原子铂催化剂用于苯氧化的制备,表征和催化性能。

要点1
采用KMnO4HCl水溶液在120℃下的水热氧化还原反应12小时,首先合成纳米管OMS-2载体,并使用维生素CNaBH4还原方法制备OMS-2负载的单原子PtPtNP催化剂分别用于苯氧化。发现Pt负载量为0.0383wt%0.0383Pt1/OMS-2)的OMS-2负载单原子Pt催化剂对苯氧化表现出最佳的催化性能(在189 ℃下实现90%的苯转化率)和20000 mL g−1 h−1(空速),其表面氧空位密度高,低温还原性好,苯吸附能力强。

要点2
    苯在负载的单原子Pt1催化剂上比在负载的PtNP催化剂上更容易解离,酚盐或苯醌以及甲基,脂质,乙烯基物种是苯氧化0.0383Pt1/OMS-2的主要中间体。

图 1:(aOMS-2,(b0.0121Pt1/OMS-2,(c0.0383Pt1/OMS-2和(d0.0900PtNP/OMS-2的广角XRD图谱。


图 2.a-cOMS-2,(d0.0383Pt1/OMS-2和(f0.0900PtNP/OMS-2和(e-1-e-5EDX映射的TEM图像和(g0.0383Pt1/OMS-2的像差校正的HAADF-STEM图像。


 3. (A) Mn 2p3/2, (B) O 1s, (C) Pt 4f,  (D) K 2p XPS 光谱 (a) OMS-2, (b) 0.0121Pt1/OMS-2, ( c) 0.0383Pt1/OMS-2,和 (d) 0.0900PtNP/OMS-2


 4. (A) H2-TPR 曲线和 (B) 初始 H2消耗率与 (a)OMS-2(b)0.0121Pt1/OMS-2(c) 0.0383Pt1/OMS-2  (d) 0.0900PtNP/OMS-2 样品。


 5. (A–C)  TPD-MS 谱图和 (D) 苯类 TPD-MS 谱图中苯物质在 (a) OMS-2(b)0.0121Pt1/OMS-2、(c) 0.0383Pt1/OMS-2,和 (d) 0.0900PtNP/OMS-2 样品。


 6. (a) OMS-2(b) 0.0121Pt1/OMS-2(c) 0.0383Pt1/OMS-2  (d) 0.0900PtNP/OMS-2 的苯 TPSR-MS 谱。


 7. (A) 作为反应温度函数的苯转化率和 (B) Arrhenius 图在 (a) 本体 MnO2(b) OMS-2(c) 0.0121Pt1/OMS-2(d) 0.0900PtNP /OMS-2  (e) 0.0383Pt1/OMS-2 样品,SV 20000mL g–1 h–1


 8. 0.0383Pt1/OMS-2 样品在 185 °C  SV = 20000 mL g–1 h–1 下苯氧化的稳定性测试。


 9. 在存在或不存在 (A) 5.0 vol% CO2  (B) 1.53.0  5.0 vol% 水蒸气时,0.0383Pt1/OMS-2 样品中苯转化率与在线反应时间的函数关系在 185 °C  SV = 20000 mL g–1 h–1 下。


 10. (A, B) 苯在不同时间吸附、(C, D) 苯在不同时间解吸和 (E) 苯在不同温度下在 (A, C,E) 0.0383Pt1/OMS-2 上的氧化的原位 DRIFTS 光谱 (B, D)0.0900PtNP/OMS-2。苯吸附实验在 100 °C  16.7 mL min-1 的气体混合物(1000 ppm + N2(平衡))流量下进行。在 100 °C 的温度和 20 mLmin-1  N2流量下对样品进行苯解吸实验,这些样品在 16.7 mL min-1 的气体混合物(1000 ppm  + N2(平衡))流量中预处理 100 ℃,苯氧化实验在与催化活性评价相同的条件下进行。


参考文献

Xiuqing Hao, Lingyun Dai, Jiguang Deng, Yuxi Liu, Lin Jing, Jia Wang, Wenbo Pei, Xing Zhang, Zhiquan Hou, and Hongxing Dai. Nanotubular OMS‑2 Supported Single-Atom Platinum Catalysts Highly Active for Benzene Oxidation. The Journal of Physical Chemistry C2021.

DOI:10.1021/acs.jpcc.1c04579


weinxin
我的微信
关注我了解更多内容

发表评论

目前评论:0