网站首页/有机动态/实验与测试/四川大学陈耀强课题组ACS AMI:构建Pt/YMn2O5界面,形成多活性中心,提高NO氧化的水热稳定性
四川大学陈耀强课题组ACS AMI:构建Pt/YMn2O5界面,形成多活性中心,提高NO氧化的水热稳定性
▲第一作者:贺大镕            

通讯作者:王健礼;赵明          
通讯单位:四川大学                       
第一作者:Darong He
通讯作者:Ming Zhao, Jianli Wang
通讯单位:Key Laboratory of Green Chemistry and Technology, Ministry of Education, College of Chemistry, Sichuan University, Chengdu 610064, Sichuan, China.
论文DOI:
https://doi.org/10.1021/acsami.2c01371    

01

研究要点


1. 设计了一种Pt/YMn2O5-La-Al2O3催化剂在水热老化以后对于NO氧化活性不下降。
2. 通过水热老化过程,构筑了具有丰富氧空位且有利于NO氧化反应的Pt(111)/YMn2O5(121)界面。
3. 揭示了对 NO 氧化的水热稳定性归因于 Pt、YMO 和氧空位组成的多活性中心的协同催化。
4. 增加的氧空位作为吸附气态O2的活性位点,可以为Pt和YMO的活性中心提供活性氧,弥补水热老化导致的Pt颗粒活性位点减少的损失。

02

研究背景


柴油发动机的高燃油效率是其广泛使用的主要原因。然而,从废气中去除 NO 的难度限制了它们的发展。因此,在现行的柴油车后处理系统(DOC + DPF + SCR + ASC )中,最前端需要安装柴油氧化催化剂(DOCs),DOCs在将 NO 转化为 NO2 中发挥着关键作用。最新的柴油车国六排放法规提高了催化剂的续航里程要求(70万公里),对标到实验室催化剂的要求为在 800 ℃含10%水蒸汽条件下老化 10 小时后,催化剂的 NO 活性不降低。Pt 基催化剂由于其优异的性能已被广泛用于 DOCs。考虑到通过金属/氧化物界面的构建,可以导致更多的氧空位(Ov)作为活性位点参与催化反应。同时,热稳定性的Mn-莫来石(AMn2O5)通过调节Mn3+和Mn4+的可逆平衡,具有优异的NO氧化性能。因此,结合 AMn2O5 的优点构建金属/氧化物界面是一种有效的提高Pt基催化剂水热稳定性的方法。原子沉积法在构建最佳Pt/AMn2O5界面的工业应用中存在许多局限性。此外,C3H6、CO 和 NO 必须同时被 DOCs 转化,并且必须以简单的方式实现 Pt 在低比表面莫来石上的高分散。受这些观点的启发,作者通过使用球磨混合高比表面的商用 La-Al2O3 (LA) 和 YMn2O5 (YMO) 莫来石。混合载体保证了催化剂Pt和YMO的高度分散,有利于暴露出最佳晶面。此外,水热老化产生的特定金属/氧化物界面可以增强氧迁移能力,保证水热老化后催化剂的活性不降低。
 
03

图文解析


NO氧化活性
NO氧化活性结果表明,对于新鲜的催化剂,几种催化剂的活性是Pt/LA-f > Pt/YMO-LA-f > Pt/LA-f+Pt/YMO-f > Pt/YMO-f,而对于老化的催化剂,是Pt/YMO-a > Pt/LA-a+Pt/YMO-a > Pt/LA-a > Pt/YMO-a。具体来说,Pt/YMO-LA的NO活性在水热老化后从41%变为42%。然而,Pt/LA催化剂和Pt/YMO催化剂的NO活性在水热老化后明显下降。此外,如表1所示,Pt/YMO-LA-a的NO反应温度窗口(NO转化率≥30%)在266~435℃的温度范围内。该温度范围比Pt/LA-a(281 ~ 408 °C)和Pt/LA-a+Pt/YMO-a(306 ~ 430 °C)更宽。Pt/YMO-LA催化剂具有很强的水热老化稳定性和低温活性。
 
表征结果
CO脉冲吸附结果表明,制备的Pt/YMO-LA催化剂在水热老化前后分散度是最大的和Pt的平均粒径是相对最小的。

HRTEM结果表明,制备的Pt/YMO-LA催化剂在水热老化以后,形成了最利于NO氧化反应的Pt(110)/YMO(121)界面。
 
XPS结果表明,制备的Pt/YMO-LA催化剂在水热老化以后,有利于NO氧化的Oads和Pt0增多,同时水热老化以后具有更多的Mn3+这也对应于更多的氧空位形成。
 
O2-TPD结果表明,制备的Pt/YMO-LA催化剂在水热老化以后,有利于NO反应的活性氧数量也没有下降与活性相对应。

NO的红外吸脱附曲线结果表明,制备的Pt/YMO-LA催化剂在水热老化以后,可以形成更多的硝酸盐亚硝酸盐中间体物种同时中间体的脱附速率也更快。
 
原位红外结果表明,制备的Pt/YMO-LA催化剂在新鲜的时候主要以L-H机理为主,水热老化后的Pt/YMO-LA催化剂,主要以MvK机理为主。 
 
04

小结


水热老化增强了Pt和YMO之间的相互作用,导致了特定的Pt(111)/YMn2O5(121)界面的形成。该界面带来了丰富的Ov,它可以作为活性中心来激活氧气。Ov主要通过吸收空气中的氧来补充活性氧分子。随后,作为活性中心的Pt也可以激活氧分子和NO分子,这符合L-H反应机制。同时,作为活性中心的YMO遵循MvK机制。气态氧的吸附和YMO晶格氧在界面的迁移补充了催化剂表面形成的Ov。因此,是界面造成的丰富的Ov作为活性中心,促进了NO在Pt和YMO上的氧化。然后,多个活性中心促进了NO反应过程的氧化循环,所以Pt/YMO-LA催化剂对NO的氧化具有良好的水热稳定性。

原文链接:
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.2c01371


纳孚服务
  • 化学试剂
  • 提供稀有化学试剂现货

  • 化学试剂定制合成服务
  • 上海纳孚生物科技有限公司提供市场稀缺的化学试剂定制服务

  • 新材料现货
  • 上海纳孚生物科技有限公司代理或自产包含石墨烯产品,类石墨烯产品、碳纳米管、无机纳米材料以及一些高分子聚合物材料

  • 结构设计及定制合成
  • 可以根据客户需求对所需化合物结构进行设计改性,从而定制合成出客户所需分子式结构

  • 联系我们
  • 021-58952328
  • 13125124762
  • info@chemhui.com
  • 关注我们
在线客服
live chat