光照对Pt/Al2O3光热CO2加氢反应的增强作用

摘要:在传统热催化材料的研究领域中,光照技术已经得到了广泛的应用,从而使传统热催化剂的催化反应活性和选择性得到优化.然而,在光热协同催化反应过程中,光照因素对催化反应过程的影响尚未得到很好地研究和理解.本文通过浸渍法制得Pt/Al2O3催化剂,并应用于光热协同催化CO2加氢反应.结果证明,在光热协同CO2加氢催化反应中, Pt/Al2O3催化剂表现出光热协同效应.本文结合原位漫反射红外光谱(operandoDRIFTS)和密度泛函理论计算(DFT)对光照因素对该催化反应过程的作用机制进行了进一步深入研究.结果表明, CO气体分子从Pt纳米颗粒上的脱附过程为CO2加氢反应的重要步骤;CO气体分子在Pt纳米颗粒上脱附的位置包含台阶位置(Ptstep)和平台位置(Ptterrace).结果表明,反应过程中CO气体分子从Pt表面的脱附有利于催化剂暴露出Pt反应活性位点.值得注意的是,在光热协同催化CO2加氢反应过程中,光照和温度因素对CO气体分子的脱附过程具有不同影响.吸附能的计算结果证明, CO气体分子吸附在Ptstep和Ptterrace上的吸附能分别为-1.24和-1.43eV.由此可见, CO气体分子与Pt纳米颗粒上的Ptstep吸附位点之间相互作用更强.在无光照作用的条件下对催化剂进行加热, CO气体分子更容易从Ptterrace吸附位点发生脱附;但是在对应的温度下加入光照作用后,吸附在Ptstep位点上的CO气体分子会先转移到Ptterrace吸附位点上,随后脱附,从而促进CO2加氢反应的进行.

关键词:
  • 二氧化碳加氢  
  • 光热催化  
  • 原位漫反射红外光谱  
  • 密度泛函理论  
作者:
赵梓俨; Dmitry; EDoronkin; 叶英浩; Jan-Dierk; Grunwaldt; 黄泽皑; 周莹
单位:
西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室; 四川成都610500; 西南石油大学材料科学与工程学院新能源材料及技术研究中心; 四川成都610500; 卡尔斯鲁厄理工学院化学技术与高分子化学研究所; 德国卡尔斯鲁厄76131; 卡尔斯鲁厄理工学院催化研究与技术研究所; 德国卡尔斯鲁厄76344
刊名:
催化学报

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期刊名称:催化学报

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