近日，山東大學(xué)賈春江教授團(tuán)隊(duì)研究了二氧化鈰（CeO2）晶面效應(yīng)對(duì)于負(fù)載型氧化銅催化劑催化CO氧化反應(yīng)性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，（1）1CuCe納米塊（NC）比1CuCe納米棒（NR）有更高的CO氧化活性；（2）活性差異來源于不同暴露晶面的CeO2致使表面Cu物種的還原性存在差異，從而影響了CO分子的吸附；（3）CuO與CeO2二者之間的相互作用，使得CeO2表面氧/晶格氧被不同程度的活化還原，使得催化劑有更多易被還原的表面氧，更易被還原。該研究成果已發(fā)表于《催化學(xué)報(bào)》上。
CeO2因具有較強(qiáng)的儲(chǔ)放氧能力，而被用作氧化還原反應(yīng)的催化材料。自從2005年以來，研究者制備出了形貌可控的CeO2納米棒、納米立方塊和納米多面體，在CeO2形貌控制及構(gòu)效關(guān)系研究方面取得長(zhǎng)足的發(fā)展。研究表面，一般的活性規(guī)律為CeO2納米棒({110}/{100}) >納米立方塊({100}) >納米多面體({111}/{100})。
負(fù)載型CeO2催化劑因能穩(wěn)定分散金屬，通過金屬-載體相互作用調(diào)控界面電子結(jié)構(gòu)并表現(xiàn)出優(yōu)異的催化活性而引起廣泛關(guān)注，其中晶面效應(yīng)在負(fù)載型CeO2催化體系中顯得尤為復(fù)雜。銅鈰催化劑被認(rèn)為是非常經(jīng)濟(jì)有效的CO氧化催化劑，但由于制備和測(cè)試條件差異，而導(dǎo)致CeO2晶面對(duì)銅鈰催化劑催化CO氧化活性的影響規(guī)律不統(tǒng)一。
在實(shí)驗(yàn)過程中，賈春江課題組發(fā)現(xiàn)納米棒CeO2-{110}晶面上的Cu-[Ox]-Ce結(jié)構(gòu)不利于形成Cu(I), 而納米顆粒CeO2-{111}晶面上的CuOx團(tuán)簇很容易形成Cu(I), 進(jìn)而對(duì)CO催化氧化極為有利，這與純載體CeO2的規(guī)律并不一致。與此同時(shí)，對(duì)于銅負(fù)載的CeO2 NR及CeO2 NC所體現(xiàn)的性質(zhì)及活性差異缺少系統(tǒng)深入的研究。
在上述工作基礎(chǔ)上，賈春江團(tuán)隊(duì)采用了沉積沉淀法在CeO2 NR及CeO2 NC上負(fù)載1%wt的銅分別得到1CuCe NR和1CuCe NC，并對(duì)所合成催化劑的結(jié)構(gòu)和吸附性能進(jìn)行了表征。高分辨透射電鏡（HRTEM）照片顯示，CeO2納米棒主要暴露{110}晶面，而CeO2納米立方體以{100}晶面為主；催化測(cè)試結(jié)果表明，1CuCe NC在130°C時(shí)CO已完全轉(zhuǎn)化為CO2，而相同溫度下1CuCe NR只有50%轉(zhuǎn)化；通過氫氣程序升溫還原(H2-TPR)和一氧化碳程序升溫脫附(CO-TPD)分析發(fā)現(xiàn)，1CuCe NC催化劑具有較強(qiáng)的還原性且表面氧物種含量高。此外，X射線光電子能譜(XPS)和in situ DRIFTS研究表明，1CuCe NC促進(jìn)Cu(I)位點(diǎn)生成，導(dǎo)致活性Cu(I)-CO物種增多這些優(yōu)異的化學(xué)性質(zhì)導(dǎo)致其具有較高的催化CO氧化活性。
