水分子解离作为煤基气体化学、水煤气变换反应(WGSR)、生物质改革、和可再生氢能转换等反应的决速步，其在清洁能源工业中起着至关重要的作用。然而，因为水分子热力学稳定和OH键的高动力学能垒，水分子解离的高能耗问题仍然是能源利用面临的巨大挑战。因此，开发并设计用于消除水分解能垒的高活性催化剂以加速反应具有重要意义。基于此，郑州大学李保军和梁二军、中国林科院林产化学工业研究所蒋剑春和河南农业大学刘艳艳等将氧空位(VO)引入TiO2-Ru催化剂中，VO与表面TiO2形成VO-Ti，有效增强了水解离。水解离性能测试结果显示，在优化后的1.5-RTVO-4的TOF高达1370 min-1(基于Ru分散的1.5-RTVO-4的TOF为9709 min-1)，说明了Ru催化剂在AB水解中具有优异活性。此外，负载型Ru基纳米催化剂的活性超过了单原子催化剂(例如Pt1/Co3O4和Rh@ZSM-5-H)，这表明Ru是催化AB水解的关键因素。更重要的是，VO和TOF成正相关的关系，表明VO的引入极大地提高了Ru的内在催化活性，加速了水离解。实验结果与密度泛函理论(DFT)计算表明，基于催化剂表面形成的VO-Ti，电子从VO(作为电子促进剂)转移到表面Ru，调节了Ru原子4d轨道的电子密度并产生了富电子Ru，增强了对水解离的内在催化活性。该研究通过电子促进剂效应为VO作为假想原子，提供了一种新的电子调制策略，为设计有效催化剂以增强金属催化剂在下一代能源化学领域对惰性分子解离的内在催化活性提供了指导。Engineering VO-Ti Ensemble to Boost the Activity of Ru towards Water Dissociation for Catalytic Hydrogen Generation. Applied Catalysis B: Environmental, 2022. DOI: 10.1016/j.apcatb.2022.121100
目前评论：0