發(fā)布時(shí)間：2020-4-10
近日，中科院大連化物所研究員劉曉艷、院士張濤團(tuán)隊(duì)在光熱協(xié)同催化研究方面取得進(jìn)展，發(fā)現(xiàn)采用Pt/TiO2-WO3（鉑/二氧化鈦—三氧化鎢）催化氧化丙烷，在低溫和高濃度氧氣條件下，光熱協(xié)同催化的活性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于單獨(dú)的光催化和熱催化的活性。相關(guān)研究成果發(fā)表于《德國應(yīng)用化學(xué)》。
以氧氣為氧化劑的氧化反應(yīng)（如揮發(fā)性有機(jī)污染物消除、烷烴燃燒等）是工業(yè)催化中非常重要的一類反應(yīng)，負(fù)載型Pt（鉑）催化劑是這類反應(yīng)的高活性催化劑之一。然而，由于Pt表面對氧氣有很強(qiáng)的吸附性，特別是在低溫或高濃度氧氣情況下，Pt很容易被氧氣“毒化”而失活。因此，在傳統(tǒng)熱催化中，這類反應(yīng)的起活溫度一般在200 ℃ 以上。而高溫活化氧氣的同時(shí)也加速了金屬態(tài)Pt的氧化，導(dǎo)致負(fù)載型Pt催化劑的活性降低。
研究人員以復(fù)合半導(dǎo)體TiO2-WO3負(fù)載的亞納米Pt為催化劑，以丙烷氧化作為探針反應(yīng)，在熱催化的基礎(chǔ)上引入光照，實(shí)現(xiàn)光熱協(xié)同催化。研究結(jié)果表明，光熱協(xié)同催化可以在低溫和高濃度氧氣條件下極大地提升Pt/TiO2-WO3催化劑對丙烷的催化氧化活性。催化劑的活性隨著光照強(qiáng)度的增加（零至一千毫瓦/平方厘米）（鉑/二氧化鈦—三氧化鎢）而增加，T70（丙烷轉(zhuǎn)化70%時(shí)的反應(yīng)溫度）最低可至90 ℃。與熱催化相比，T70的最大溫差可達(dá)234 ℃。動(dòng)力學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，光熱協(xié)同催化反應(yīng)活化能（Ea）隨光照強(qiáng)度的增加而呈線性降低，最多可達(dá)十倍以上。與此同時(shí)，氧氣的反應(yīng)級數(shù)（n）在加光前后也發(fā)生極大變化：不加光時(shí)氧氣的反應(yīng)級數(shù)為-1.4，而加光之后氧氣的反應(yīng)級數(shù)變?yōu)?.1。這表明，在光熱協(xié)同催化條件下，催化活性幾乎與氧氣濃度無關(guān)。
本項(xiàng)工作不僅通過光熱協(xié)同催化解決了負(fù)載型Pt催化劑在低溫和高濃度氧氣條件下氧中毒的問題，還有助于理解半導(dǎo)體負(fù)載非等離激元金屬催化劑的光熱協(xié)同催化機(jī)理。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1002/anie.202001701
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