CuO修饰的Cu1.5Mn1.5O4尖晶石型复合氧化物对CO氧化的协同催化
2021-07-29孙若琳张斯然宋鹏飞
孙若琳 ,张斯然,* ,安 康 ,宋鹏飞 ,刘 源,*
(1. 天津大学化学工程学院 天津市应用催化科学与工程重点实验室,天津 300072;2. 天津化学化工协同创新中心,天津 300072)
CO氧化反应的研究兼具学术价值和现实意义。一氧化碳完全氧化反应比较简单而且对于气固相多相氧化反应具有代表性,将其作为探针反应来揭示催化剂的性能与组成、结构的关系,对其他氧化反应具有指导作用[1,2]。另外,日常生活和工业生产的很多方面都需要去除CO,而去除CO最有效的途径之一就是利用催化剂把CO氧化为CO2[3-5]。这些催化剂广泛应用于汽车尾气、防毒面具、燃料电池(PEMFC)等中[6-8]。
已被报道的用于CO氧化的催化剂主要有贵金属催化剂和非贵金属催化剂两大类。贵金属主要有Pt[9]、Au[10]、Pd[11]、Ru[12]等,资源稀缺限制了贵金属催化剂的广泛应用。非贵金属催化剂的研究主要集中在呈现混合价态的CuOx、MnOx、FeOx、CoOx、CeOx上[13,14],近年来,众多科研工作者想从这些过渡族金属氧化物中寻求低成本和稳定性好的催化剂,对过渡金属Cu和Mn作为反应活性相的研究越来越多[15-18]。
对于催化CO的铜锰基催化剂,研究较早的是CuOx和MnOx氧化物及其混合物,MnOx、CuOx单独用于CO氧化反应也有研究[19,20],研究较多的一般是由活性CuO和MnO2按一定比例制成的颗粒状催化剂。Buciuman等[21]发现物质的量比为1∶1的CuO和Mn2O3混合物对CO氧化有最好的活性,作者认为铜锰氧化物之间存在溢流协同效应,锰中心吸附氧,铜中心吸附CO,吸附氧从氧化锰表面传递到氧化铜表面,把CO氧化形成CO2。张纪领等[22]认为CuO/MnOx上CO氧化的过程为:气相中的O2在MnOx上吸附活化,CuO吸附CO,活性位可能存在于MnOx和CuO之间的界面上,在活性位上CO被氧化成CO2并传递到氧化锰表面,以双齿碳酸盐的形式存在,然后把CO2释放到空气中。……
