山東大學：CeO2複合材料對CO催化性能的影響

近日，山東大學賈春江教授團隊研究了二氧化鈰（CeO2）晶面效應對於負載型氧化銅催化劑催化CO氧化反應性能的影響。實驗結果表明，（1）1CuCe納米塊（NC）比1CuCe納米棒（NR）有更高的CO氧化活性；（2）活性差異來源於不同暴露晶面的CeO2致使表面Cu物種的還原性存在差異，從而影響了CO分子的吸附；（3）CuO與CeO2二者之間的相互作用，使得CeO2表面氧/晶格氧被不同程度的活化還原，使得催化劑有更多易被還原的表面氧，更易被還原。該研究成果已發表於《催化學報》上。

CeO2因具有較強的儲放氧能力，而被用作氧化還原反應的催化材料。自從2005年以來，研究者製備出了形貌可控的CeO2納米棒、納米立方塊和納米多面體，在CeO2形貌控制及構效關係研究方面取得長足的發展。研究表面，一般的活性規律為CeO2納米棒({110}/{100}) >納米立方塊({100}) >納米多面體({111}/{100})。

負載型CeO2催化劑因能穩定分散金屬，通過金屬-載體相互作用調控介面電子結構並表現出優異的催化活性而引起廣泛關注，其中晶面效應在負載型CeO2催化體系中顯得尤為複雜。銅鈰催化劑被認為是非常經濟有效的CO氧化催化劑，但由於製備和測試條件差異，而導致CeO2晶面對銅鈰催化劑催化CO氧化活性的影響規律不統一。

在實驗過程中，賈春江課題組發現納米棒CeO2-{110}晶面上的Cu-[Ox]-Ce結構不利於形成Cu(I), 而納米顆粒CeO2-{111}晶面上的CuOx團簇很容易形成Cu(I), 進而對CO催化氧化極為有利，這與純載體CeO2的規律並不一致。與此同時，對於銅負載的CeO2 NR及CeO2 NC所體現的性質及活性差異缺少系統深入的研究。

在上述工作基礎上，賈春江團隊採用了沉積沉澱法在CeO2 NR及CeO2 NC上負載1%wt的銅分別得到1CuCe NR和1CuCe NC，並對所合成催化劑的結構和吸附性能進行了表徵。高分辨透射電鏡（HRTEM）照片顯示，CeO2納米棒主要暴露{110}晶面，而CeO2納米立方體以{100}晶面為主；催化測試結果表明，1CuCe NC在130°C時CO已完全轉化為CO2，而相同溫度下1CuCe NR只有50%轉化；通過氫氣程式升溫還原(H2-TPR)和一氧化碳程式升溫脫附(CO-TPD)分析發現，1CuCe NC催化劑具有較強的還原性且表面氧物種含量高。此外，X射線光電子能譜(XPS)和in situ DRIFTS研究表明，1CuCe NC促進Cu(I)位點生成，導致活性Cu(I)-CO物種增多這些優異的化學性質導致其具有較高的催化CO氧化活性。

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