采用一步FASP法制备了高比表面积且高分散Pd/CeO2催化剂。XPS结果表明,FASP所制Pd/CeO2催化剂中Pd的结合能比文献中参考值高1.7 eV,这表明FASP过程中部分电子从Pd转移到CeO2载体上,分别形成了缺电子Pdδ+和富电子Ceδ-物种。考察FASP所制Pd/CeO2催化剂在200-600 °C间甲烷催化燃烧性能。相比于惰性载体,发现Pd和CeO2之间的协同效应导致其具有较高催化活性。在升降温反应循环中,Pd/CeO2表现出良好的抗烧结性能,这得益于上述电子转移诱导金属-载体界面的强电子相互作用(strong electronic interaction )。
要点1:形貌表征
Pd负载量为10 wt.%。图2中,Pd团簇的尺寸为2-3 nm,高分散于CeO2载体上。BET结果表明,FASP所制CeO2和Pd/CeO2的比表面积分别为243和333 m2/g。XRD表明,2θ=40.1°归属于立方相Pd(111)晶面。CeO2纳米颗粒优先暴露(111)晶面。
通常,Ce3+/(Ce3++Ce4+)比可以反映表面氧空穴的浓度。XPS表明,FASP所制CeO2和Pd/CeO2的Ce3+占比分别为37和38%,明显高于沉积-沉淀法所制CeO2的25%。这说明FASP所制催化剂中CeO2的还原以及Ce的混合价态。FASP所制Pd/CeO2催化剂中Pd的结合能比文献中参考值高1.7 eV,这表明FASP过程中部分电子从Pd转移到CeO2载体上,分别形成了缺电子Pdδ+和富电子Ceδ-物种。这进一步导致Pd物种和载体之间的强电子相互作用。此外,XPS表明,FASP所制Pd/CeO2催化剂中Pd主要以PdO形式存在。
要点2:催化性能
600 °C下,FASP-CeO2的CH4转化率为11%;相比于FASP-Pd/SiO2催化剂,FASP所制Pd/CeO2催化剂的活性更高。
要点3:升降温循环中热稳定性研究
图7中,观察到两种迟滞曲线。在第一次升降温循环中,降温过程的转化率高于升温过程。这归因于反应过程中Pd物种的重构行为;在第二、三次升降温循环中,升温过程的转化率高于降温过程。三次循环后,FASP-Pd/CeO2中Pd分散度保持不变。TEM结果表明,球型颗粒的尺寸从8.6、9.1微微增加到9.5 nm,说明该催化剂具有良好的抗烧结性能。
(1)乙酰丙酮钯和2-乙基己酸铈溶解于二甲苯;(2)前驱体混合溶液的注射速率为0.33 mL/min;(3)分散氮气的流速是2 L/min;(4)甲烷、氧气和氮气的流速分别为2.0、6.6和21.9 L/min;(5)最高温度达1325 °C。
文献信息:Nafeng Wang, Shuiqing Li*, Yichen Zong, Qiang Yao. Sintering inhibition of flame-made Pd/CeO2 nanocatalyst for low-temperature methane combustion. Journal of Aerosol Science, 2017, 105, 64-72. https://doi.org/10.1016/j.jaerosci.2016.11.017.