ACS Catal：CeO2暴露晶面调控热催化甘油合成甲醇

纳米技术

2021-04-07

卡迪夫大学Graham J. Hutchings、Nicholas F. Dummer等报道了气体状态的甘油在不同形貌CeO₂催化剂上的催化转化反应，考察了产物中甲醇和CeO₂暴露晶面之间的关系。通过水热合成分别制备了立方体、棒状、多角锥状结构的CeO₂，考察催化反应活性发现立方体结构CeO₂的甘油转化率较低，这是因为暴露表面积较低、表面酸性较高导致。通过DFT计算发现，在反应过程中（100）晶面将发生羟基化，从而限制碱性位点的反应性。

本文要点：

（1）

催化活性。当催化反应温度处于400 ℃，多角锥结构CeO₂催化剂比立方体结构的甲醇时空产率高4倍，达到201 g h^-1 kg_cat^-1。当处于类似的甘油转化率，棒状、多角锥结构CeO₂催化剂的中间体生成甲醇、羟基丙酮的选择性约为45 %；对于立方体结构的CeO₂，选择性仅仅15 %。这个结果导致在320 ℃时，多角锥结构比立方体结构的羟基丙酮时空产率高13倍。

（2）

结论。该现象说明，立方体结构的催化剂和棒状、多立方体结构的催化剂上反应机理存在明显区别，导致催化剂中的暴露晶面与较高的甲醇产率有关，对于设计新型高性能催化剂提供经验。

参考文献

Louise R. Smith, Mala A. Sainna, Mark Douthwaite, Thomas E. Davies, Nicholas F. Dummer*, David J. Willock, David W. Knight, C. Richard A. Catlow, Stuart H. Taylor, and Graham J. Hutchings*, Gas Phase Glycerol Valorization over Ceria Nanostructures with Well-Defined Morphologies, ACS Catal. 2021, 11, 4893–4907

DOI: 10.1021/acscatal.0c05606

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.0c05606