ACS Catalysis：简单的Cr3+掺杂策略大大促进Ru/CeO2低温CO2甲烷化：表面氧空位和羟基的作用

Nanoyu

2021-04-28

CO₂甲烷化是CO₂回收利用、可再生氢气储存和运输以及实施沼气发电技术的一种重要而有前途的工艺。

近日，南昌大学Xiang Wang，Xianglan Xu报道了Cr/Ce摩尔比为1：9的Ru/CeO₂催化剂载体中的Cr离子掺杂显著提高了催化剂的低温CO₂甲烷化活性，150 ℃时Ru/Ce_0.9Cr_0.1O_x催化剂的周转频率是Ru/CeO₂催化剂的5.3倍。

文章要点

1）X射线衍射和拉曼光谱表征结果显示，Cr³⁺掺杂在CeO₂载体的晶格中。因此，Ce_0.9Cr_0.1O_x载体上生成了更多的活性氧，Ru/Ce_0.9Cr_0.1O_x催化剂在还原过程中比Ru/CeO₂催化剂含有更多的氧空位和羟基。

2）原位傅里叶变换红外光谱和程序升温表面反应结果表明，Ru/Ce_0.9Cr_0.1O_x和Ru/CeO₂催化剂上的CO₂甲烷化反应均遵循甲酸盐和CO*途径，低温下以前者为主。CO₂与表面羟基相互作用生成吸附的碳酸氢盐，然后碳酸氢盐进一步转化为甲酸盐，最后生成CH₄*。

Cr³⁺掺杂增加了表面氧空位和羟基的数量，从而增加了碳酸氢盐和甲酸盐的数量。因此，Cr掺杂强烈促进了甲酸盐途径，大大提高了Ru/Ce_0.9Cr_0.1O_x催化剂的低温低温CO₂甲烷化催化活性。

Xianglan Xu, Facile Cr³⁺-Doping Strategy Dramatically Promoting Ru/CeO₂ for Low-Temperature CO₂ Methanation: Unraveling the Roles of Surface Oxygen Vacancies and Hydroxyl Groups, ACS Catal. 2021

DOI: 10.1021/acscatal.0c05468

https://doi.org/10.1021/acscatal.0c05468