ACS Catal：CeO2晶面与丙酸吸附和催化反应活性的关系

纳米技术

2022-02-20

棒状、八面体、立方体结构CeO₂分别能够非常好的暴露(110)、(111)、(100)晶面。

有鉴于此，天津大学祝新利等分别合成了棒状、八面体、立方体结构CeO₂，考察了三种纳米CeO₂的丙酸酮化反应性能。

本文要点：

（1）

催化反应性能表征结果显示，在350 ℃进行催化时，棒状、八面体、立方体结构CeO₂的酮化反应速率分别为54.3、40.4、25.1 mmol·m^-2·h^-1，催化活性对比结果说明，CeO₂的(110)晶面对酮化反应具有最好的催化活性。

（2）

通过瞬态原位红外和质谱表征方法，对该反应的情况进行表征，发现单齿吸附状态的丙酸盐是反应能够生成3-戊酮的关键。相比而言，双齿状态吸附的丙酸盐作为主要的界面吸附物种不会对酮化反应的发生产生影响。

通过DFT计算研究发现，单齿吸附状态的丙酸盐在催化剂表面的覆盖度与界面结构有关。在（110）晶面在最外层原子同时暴露O和Ce，不会影响单齿丙酸盐的覆盖度；在（111）晶面由于顶层O原子具有更高的立体位阻效应，同时Ce原子以密堆积形式排列，导致降低界面丙酸盐的吸附稳定性。

本文研究结果说明，CeO₂的表面结构对单齿结构丙酸盐的吸附稳定性和界面吸附量的重要影响，因此影响CeO₂在催化酮化反应中的反应活性。

参考文献

Yonghua Guo, Yuyao Qin, Huixian Liu, Hua Wang, Jinyu Han, Xinli Zhu*, and Qingfeng Ge, CeO₂ Facet-Dependent Surface Reactive Intermediates and Activity during Ketonization of Propionic Acid, ACS Catal. 2022, 12, 2998–3012

DOI: 10.1021/acscatal.1c05994

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.1c05994