富缺陷球形CeO₂构建高密度Cu⁺和高晶格氧迁移率的高性能Cu/Ce催化剂用于CO-PROX

【作者】 马世敏； 王浩； 陆继长； 罗永明；

【Author】 Y.Luo;

【机构】 昆明理工大学化学工程学院； 昆明理工大学环境科学与工程学院；

【摘要】 质子燃料膜电池(PEMFC)以氢气为能源,然而工业上氢气制备方式普遍使得氢气中会存有少量的CO(10ppm)[1, 2]。少量的CO会毒害电极使得电池寿命大大减小,富氢条件下CO的优先氧化(CO-PROX)是一种去除CO经济可行的办法。然而PEMFC运行温度低,LTWGS反应温度却较高,在与PEMFC和LTWGS工作温度相匹配的较低和较高温度区域实现CO-PROX反应的高效催化性能是一项具有挑战性的任务[3]。本工作通过使用富缺陷和富羟基的球形CeO2构建了一种高密度和高稳定的Cu+催化剂,在更宽的温度窗口(80-200℃)下实现了近100%的CO转化率,这一性能超过了大多数报道的Cu/Ce和一些贵金属催化剂。后期一系列先进的表征和原位DIRFTS揭示了其主要原因是球形CeO2载体具有丰富的高密度体相氧空位,可以捕获Cu离子,获得高密度的Cu+物种。Cu+的引入促进了界面Cu+-O-Ce3+结构的形成,并进一步激活了界面处的表面晶格氧。在CO-PROX过程中,高浓度的Cu+可以作为CO吸附和活化的作用位点,表面/亚表面晶格氧可以直接参与催化反应,大大提高了低温下的活性。而其中高稳定性的Cu+物种和涉及羟基的新反应途径的存在,是高温性能优异的主要原因。这项工作为设计用于CO-PROX和其他催化氧化反应的高活性金属氧化物催化剂提供了一种简单有效的策略。更多还原