山东大学：CeO2复合材料对CO催化性能的影响

近日，山东大学贾春江教授团队研究了二氧化铈（CeO2）晶面效应对于负载型氧化铜催化剂催化CO氧化反应性能的影响。实验结果表明，（1）1CuCe纳米块（NC）比1CuCe纳米棒（NR）有更高的CO氧化活性；（2）活性差异来源于不同暴露晶面的CeO2致使表面Cu物种的还原性存在差异，从而影响了CO分子的吸附；（3）CuO与CeO2二者之间的相互作用，使得CeO2表面氧/晶格氧被不同程度的活化还原，使得催化剂有更多易被还原的表面氧，更易被还原。该研究成果已发表于《催化学报》上。

CeO2因具有较强的储放氧能力，而被用作氧化还原反应的催化材料。自从2005年以来，研究者制备出了形貌可控的CeO2纳米棒、纳米立方块和纳米多面体，在CeO2形貌控制及构效关系研究方面取得长足的发展。研究表面，一般的活性规律为CeO2纳米棒({110}/{100}) >纳米立方块({100}) >纳米多面体({111}/{100})。

负载型CeO2催化剂因能稳定分散金属，通过金属-载体相互作用调控界面电子结构并表现出优异的催化活性而引起广泛关注，其中晶面效应在负载型CeO2催化体系中显得尤为复杂。铜铈催化剂被认为是非常经济有效的CO氧化催化剂，但由于制备和测试条件差异，而导致CeO2晶面对铜铈催化剂催化CO氧化活性的影响规律不统一。

在实验过程中，贾春江课题组发现纳米棒CeO2-{110}晶面上的Cu-[Ox]-Ce结构不利于形成Cu(I), 而纳米颗粒CeO2-{111}晶面上的CuOx团簇很容易形成Cu(I), 进而对CO催化氧化极为有利，这与纯载体CeO2的规律并不一致。与此同时，对于铜负载的CeO2 NR及CeO2 NC所体现的性质及活性差异缺少系统深入的研究。

在上述工作基础上，贾春江团队采用了沉积沉淀法在CeO2 NR及CeO2 NC上负载1%wt的铜分别得到1CuCe NR和1CuCe NC，并对所合成催化剂的结构和吸附性能进行了表征。高分辨透射电镜（HRTEM）照片显示，CeO2纳米棒主要暴露{110}晶面，而CeO2纳米立方体以{100}晶面为主；催化测试结果表明，1CuCe NC在130°C时CO已完全转化为CO2，而相同温度下1CuCe NR只有50%转化；通过氢气程序升温还原(H2-TPR)和一氧化碳程序升温脱附(CO-TPD)分析发现，1CuCe NC催化剂具有较强的还原性且表面氧物种含量高。此外，X射线光电子能谱(XPS)和in situ DRIFTS研究表明，1CuCe NC促进Cu(I)位点生成，导致活性Cu(I)-CO物种增多这些优异的化学性质导致其具有较高的催化CO氧化活性。

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