Pd/FeOx催化剂动态生成Pdδ+-Fe2+界面高效催化逆水煤气变换反应
Dynamic Formation of Pdδ+-Fe2+ Interface Promoting Reverse Water Gas Shift Reaction over Pd/FeOx Catalyst
作者单位E-mail
张殿宇 洁净能源国家实验室, 大连化学物理研究所, 大连 116023
中国科学院大学, 北京 100049 
 
刘放 中国科学技术大学化学物理系, 合肥 230026  
杜鹏飞 洁净能源国家实验室, 大连化学物理研究所, 大连 116023
中国科学院大学, 北京 100049 
 
李梦维 洁净能源国家实验室, 大连化学物理研究所, 大连 116023  
吴兆萱 中国科学院, 上海高等研究院, 上海 201210  
丰义兵 洁净能源国家实验室, 大连化学物理研究所, 大连 116023  
赵阳 洁净能源国家实验室, 大连化学物理研究所, 大连 116023  
徐晓燕 洁净能源国家实验室, 大连化学物理研究所, 大连 116023  
张新星 芝加哥大学化学系, 芝加哥, 美国 IL 60637  
路军岭 中国科学技术大学化学物理系, 合肥 230026  
杨冰 洁净能源国家实验室, 大连化学物理研究所, 大连 116023 byang@dicp.ac.cn 
摘要: 通过一系列原位、非原位表征,包括透射电子显微镜(TEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、程序升温解吸/还原/氧化(TPD/TPR/TPO)、X射线光电子能谱(XPS)等,系统地研究了Pd/FeOx催化剂的逆水煤气变换反应(RWGS)。以Pd(acac)2为前驱体合成了高度分散的Pd/FeOx催化剂,在400℃下,RWGS的CO2转化率高达29%,CO选择性超过98%,在目前文献中报道的催化剂中处于领先水平。通过原位表征方法,我们进一步研究了Pd/SiO2和Pd-Fe/SiO2,并明确指出了Pd-FeOx界面对促进RWGS反应的重要作用。准原位XPS实验进一步揭示了Pd/FeOx界面上动态形成的Pdδ+-Fe2+物种是高效催化C=O离解的活性位点。因此,实验结果证明,反应过程中动态形成的Pdδ+-Fe2+界面可以显著提高RWGS的活性和选择性,对CO2吸附、C=O解离和CO脱附都起到的促进作用。
关键词:   二氧化碳  界面  反应机理  多相催化
基金项目: 国家自然科学基金(No.21673215,21872145)、中国科学院洁净能源创新研究院合作基金(No.DNL201907)和大连化物所创新研究基金(No.DICP I201943)资助。
Abstract: We systematically investigated Pd/FeOx for the reverse water gas shift (RWGS) reaction using a combination of ex situ and in situ characterizations, including transmission electron microscopy (TEM), Fourier-transform infrared (FTIR) spectroscopy, temperature-programmed desorption/reduction/oxidation (TPD/TPR/TPO), and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). A highly dispersed Pd/FeOx catalyst was synthesized using Pd(acac)2 as the precursor. The catalyst exhibited high activity, with CO2 conversion of ~29% and CO selectivity ogreater than 98% at 400℃, which are among the highest values in the literature. Moreover, Pd/SiO2 and Pd-Fe/SiO2 were further studied to determine the significant role of the Pd-FeOx interface in promoting the RWGS reaction. Semi-in situ XPS revealed the dynamic formation of Pdδ+-Fe2+ species at the Pd-FeOx interface; the species acted as highly active sites for CO2 dissociation. Our results also showed the formation of the Pdδ+-Fe2+ interface during the RWGS reaction remarkably enhanced the activity and selectivity of the Pd-FeOx catalyst for the reaction, benefiting CO2 adsorption, C=O dissociation, and CO desorption.
Keywords: palladium  carbon dioxide  interfaces  reaction mechanisms  heterogeneous catalysis
投稿时间:2020-06-29 修订日期:2020-10-21
摘要点击次数:  113
全文下载次数:  414
张殿宇,刘放,杜鹏飞,李梦维,吴兆萱,丰义兵,赵阳,徐晓燕,张新星,路军岭,杨冰.Pd/FeOx催化剂动态生成Pdδ+-Fe2+界面高效催化逆水煤气变换反应[J].无机化学学报,2021,37(1):140-150.
查看全文  查看/发表评论  下载PDF阅读器
Support information: