Fe促进的Pt@CeO2催化剂用于CO2加氢制C1产品

doi:10.7503/cjcu20230480

高等学校化学学报 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (4): 20230480.doi: 10.7503/cjcu20230480

Fe促进的Pt@CeO₂催化剂用于CO₂加氢制C₁产品

王子健¹^,², 李雨鸥¹^,², 张玲玲¹^,², 汪啸¹^,²(), 宋术岩¹^,²(), 张洪杰¹^,²^,³()

^1.中国科学院长春应用化学研究所稀土资源利用国家重点实验室, 长春 130022
^2.中国科学技术大学应用化学与工程学院, 合肥 230026
^3.清华大学化学系, 北京 100084

收稿日期:2023-11-20 出版日期:2024-04-10 发布日期:2024-01-13
通讯作者: 汪啸,宋术岩,张洪杰 E-mail:wangxiao@ciac.ac.cn;songsy@ciac.ac.cn;hongjie@ciac.ac.cn
基金资助:
国家科技重大项目(2021YFB3500700);国家自然科学基金(22020102003);吉林省科技发展计划项目(20230101035JC)

Fe-promoted Pt@CeO₂ Catalysts for CO₂ Hydrogenation to C₁ Products

WANG Zijian¹^,², LI Yuou¹^,², ZHANG Lingling¹^,², WANG Xiao¹^,²(), SONG Shuyan¹^,²(), ZHANG Hongjie¹^,²^,³()

^1.State Key Laboratory of Rare Earth Resource Utilization，Changchun Institute of Applied Chemistry，Chinese Academy of Sciences，Changchun 130022，China
^2.School of Applied Chemistry and Engineering，University of Science and Technology of China，Hefei 230026，China
^3.Department of Chemistry，Tsinghua University，Beijing 100084，China

Received:2023-11-20 Online:2024-04-10 Published:2024-01-13
Contact: WANG Xiao, SONG Shuyan, ZHANG Hongjie E-mail:wangxiao@ciac.ac.cn;songsy@ciac.ac.cn;hongjie@ciac.ac.cn
Supported by:
the National Science and Technology Major Project of China(2021YFB3500700);the National Natural Science Foundation of China(22020102003);the Program of Science and Technology Development Plan of Jilin Province, China(20230101035JC)

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摘要/Abstract

摘要：

在Pt@CeO₂核壳纳米球表面引入过渡金属助剂, 探究了不同过渡金属的引入对其CO₂加氢性能的影响. 研究结果表明, Fe物种的引入对加氢性能的提升效果最佳, 液体C₁产率达到6.34×10^-2 mmol·g $c a t . - 1$ ·h^-1. 透射电子显微镜(TEM)、 X射线衍射(XRD)、 X射线光电子能谱(XPS)、 N₂吸附-脱附实验、 CO₂程序升温脱附(CO₂-TPD)和H₂程序升温还原(H₂-TPR)等表征结果表明, Fe物种在Pt@CeO₂表面均匀分散, 且Fe的存在降低了Pt物种的电荷密度, 产生了更多的Pt²⁺物种, 提高了产物中甲醇的选择性. 此外, Fe的存在还促进了更多氧空位(O_v)的形成, 进而促进了对CO₂的吸附及后续的加氢反应, 提高了催化活性.

关键词: CO₂加氢, C₁产品, 核壳纳米球, Fe助剂

Abstract:

Transition metal promoters were introduced on the surface of the Pt@CeO₂ core@shell nanospheres， and the effects of different transition metals on the CO₂ hydrogenation performance were investigated. The results show that the introduction of Fe species has the best effect on the enhancement of the hydrogenation performance， with a liquid C₁ yield of 6.34×10^-2 mmol·g $c a t . - 1$ ·h^-1. Transmission electron microscopy（TEM）， X-ray diffraction（XRD）， X-ray photoelectron spectroscopy（XPS）， N₂ adsorption-desorption experiments， CO₂ temperature-programmed desorption（CO₂-TPD）， and H₂ temperature-programmed reduction（H₂-TPR） experiments reveal that Fe promoter was dispersed on the surface of Pt@CeO₂， and Fe promoter decreases the charge density of Pt， generating more Pt²⁺ species and improving the selectivity of methanol. In addition， it also facilitates the formation of more oxygen vacancies（O_v）， which in turn facilitate the adsorption of CO₂ as well as the subsequent hydrogenation reaction， and improve the catalytic activity.

Key words: CO₂hydrogenation, C₁product, Core@shell nanospheres, Fe promoter

中图分类号:

O643

TrendMD:

王子健, 李雨鸥, 张玲玲, 汪啸, 宋术岩, 张洪杰. Fe促进的Pt@CeO₂催化剂用于CO₂加氢制C₁产品. 高等学校化学学报, 2024, 45(4): 20230480.

WANG Zijian, LI Yuou, ZHANG Lingling, WANG Xiao, SONG Shuyan, ZHANG Hongjie. Fe-promoted Pt@CeO₂ Catalysts for CO₂ Hydrogenation to C₁ Products. Chem. J. Chinese Universities, 2024, 45(4): 20230480.

图/表 5

Fig.1 TEM(A, B), STEM(C) images of 1%Fe/Pt@CeO2 and corresponding EDX mapping of Ce(D), O(E), Pt(F) and Fe(G) in 1%Fe/Pt@CeO2

Fig.2 XRD patterns(A), XPS Fe2p spectra(B) and XPS Pt4f spectra(C) of Pt@CeO2 and 1%Fe/Pt@CeO2

Fig.3 N2 adsorption⁃desorption isotherms of Pt@CeO2(A) and 1%Fe/Pt@CeO2(B)

Fig.4 Comparison of catalytic performance of various catalysts(A), catalytic performance of 1%Fe/Pt@CeO2 under different time at 200 ℃(B), catalytic performance of 1%Fe/Pt@CeO2 at different temperature at 3 MPa for 12 h(C) and catalytic performance of Pt@CeO2 loaded with different metals(D)

Fig.5 CO2⁃TPD(A) and H2⁃TPR(B) profiles of Pt@CeO2(a) and 1%Fe/Pt@CeO2(b)

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Fe促进的Pt@CeO₂催化剂用于CO₂加氢制C₁产品

Fe-promoted Pt@CeO₂ Catalysts for CO₂ Hydrogenation to C₁ Products

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