Pt族金属粒子尺寸调控CO水汽变换反应的量热与红外研究

【作者】 陈洋； 孙丽； 孙秀成； 李林； 林坚； 王晓东；

【机构】 中国科学院大连化学物理研究所； 中国科学院大学；

【摘要】 水汽变换反应（CO+H₂O→CO₂+H₂）对于消除微量CO、生产洁净H₂是一个重要的过程。负载型Pt族贵金属催化剂因其优异的低温活性和稳定性受到人们的广泛关注^[1],其活性金属的尺寸效应一直是研究的热点^[2]。本文制备出FeOx负载的Pt族贵金属尤其Pt单原子和纳米粒子催化剂,结合吸附量热、红外等表征探索Pt粒径效应对水汽变换反应的影响。采用共沉淀方法和溶胶-凝胶法,成功获得FeOx负载的Pt单原子和Pt纳米粒子催化剂。高分辨透射电镜结果发现催化剂以单原子（Pt-SAC）和纳米粒子（Pt-NP）形式存在,Pt纳米粒子尺寸为2nm左右。活化能测试发现Pt纳米粒子上活化能为61k J/mol,而单原子上活化能仅为33k J/mol,因此在这两种催化剂上水汽变换机理可能不同。CO吸附量热结果（图1a）发现Pt单原子催化剂初始吸附热约60 kJ/mol,远低于Pt纳米粒子上的吸附热（110 kJ/mol）,表明CO在Pt纳米粒子上吸附较强。原位红外结果（图1b和图1c）发现,Pt单原子催化剂上H₂O容易解离吸附生成H₂和晶格氧,而弱吸附的CO能够与晶格氧反应生成CO₂。纳米Pt上强吸附的CO与吸附的H₂O反应生成中间物种甲酸盐,随后一步解离生成CO₂和H₂。这些结果表明Pt粒子尺寸能够通过改变反应物吸附强度进而调控水汽变换反应机理,表现出不同的催化活性。在此基础上,发现其它Pt族金属粒子尺寸的改变也能够改变产物的吸附强度,进而影响反应的转化率与选择性。更多还原