ACS Catal.: 水煤氣變換,加氫脫氧和CO氧化催化中的載體作用

2021-01-20 催化計


確定氧化物載體在過渡金屬催化中的作用對於理解多相催化至關重要。水煤氣變換(WGS)(CO+H2O ↔ CO2+H2)反應是一個典型的例子,WGS的重要性導致許多研究旨在理解反應機理以指導催化劑的發展。其中氧化物載體決定了催化活性,但其原因尚不確定。


有鑑於此,美國能源部西北太平洋國家實驗室JánosSzanyi等人,證明了一個簡單的描述符——羥基形成的平衡常數——與不同的氧化物載體上的WGS翻轉頻率有關。



要點1. 證明了氧化物負載的過渡金屬催化劑上的低溫WGS周轉頻率(TOF)與羥基形成的平衡常數KOH成比例。這一關係證實了載體通過影響界面活性位點的數量,即粒徑而間接影響反應速率。
要點2. 早期和晚期過渡金屬之間不同的平衡常數或親氧性說明了金屬-載體界面位點打破吸附能比例關係的效用,從而為WGS反應提供了雙功能收益。因此,生成羥基的平衡常數與氫的形式異解的平衡常數相等,反映了金屬載體界面參與氫的異解的能力。要點3. 此外,還討論了在WGS過程中氧的促進作用,以及在HDO和CO氧化過程中水的促進作用。總之,該工作提出了一種新的描述符,為理解WGS反應類別的界面位點的高活性提供了指導。Nicholas C. Nelson et al. Heterolytic Hydrogen Activation: Understanding Support Effects in Water–Gas Shift, Hydrodeoxygenation, and CO Oxidation Catalysis. ACS Catal., 2020.
DOI: 10.1021/acscatal.0c01059https://doi.org/10.1021/acscatal.0c01059為加強科研合作,我們為還專門開通了一系列專業微信群:科研合作(僅限老師)、機器學習與理論計算、同步輻射與數據分析、儀器分析與測試表徵、博士博後求職交流。加微信群方式:添加編輯微信18965840059,備註:姓名-單位-研究方向(無備註請恕不通過),由編輯審核後邀請入群。

相關焦點

  • ACS Catal.:耐水Pt位點高效催化低溫乙烯氧化
    有鑑於此,日本北海道大學Atsushi Fukuoka報導了採用固定床流動反應器和傅立葉變換紅外光譜原位表徵技術,研究了二氧化矽負載鉑催化劑在0 °C下50 ppm乙烯好氧氧化反應中的結構與活性之間的關係。
  • Nature Catalysis:揭秘水煤氣變換的催化途徑和活性位點
    結合光譜分析、動力學分析和計算分析,通過研究Pd/Al2O3催化的反向水煤氣變換(記為rWGS),解決了長達幾十年的爭論。該工作利用同位素瞬態動力學分析確定了甲酸鹽中間體的次要作用,並利用氫滴定實驗證實了羧基的中間作用。研究發現,在反向水煤氣變換中,Pd/Al2O3原位形成亞穩態活性中心,導致金屬-載體界面發生羥基化和電子重組。
  • 廈門大學王野等:串聯催化實現CO和CO2加氫制低碳烯烴
    ZnAl2O4/SAPO-34和ZnGa2O4/SAPO-34對CO和CO2合成低碳烯烴的反應具有很高的選擇性。該研究表明,金屬氧化物上的氧空位在CO或CO2的吸附和活化過程中起著關鍵作用,同時ZnO結構域則是H2活化的關鍵。實驗證明,金屬氧化物上形成的甲醇和二甲醚是反應的中間產物,它們隨後被沸石中的Brøsted酸轉化為低碳烯烴。
  • 賀泓院士/劉福東等ACS Catal.:甲醛常溫氧化分解新進展
    得益於強金屬氧化物-載體相互作用(SMSI),金屬氧化物載體在貴金屬基甲醛(HCHO)氧化催化劑中得到了廣泛的應用。然而,很少有關於非氧化物負載的貴金屬催化劑用於HCHO氧化的研究報導。研究人員製備了添加或不添加鹼金屬Na的Pt/AC催化劑,研究了催化劑的HCHO氧化性能。實驗結果顯示,在Na-Pt/AC-R(還原Na-Pt/AC)催化劑上,HCHO在25 ℃時可完全氧化生成H2O和CO2,而在相同反應條件下,Pt/AC-R催化劑僅有40%的HCHO轉化率。要點2.
  • 催化周報:Nature、Science、Nat. Catal.、JACS、Angew等大合集
    在這裡,作者報告了在常壓CO2加氫反應中的新發現,該反應可以通過簡單地改變TiO2載體的晶相(銳鈦礦型或金紅石型TiO2)或改變銳鈦礦型TiO2上的金屬負載來完全改變選擇性。Operando光譜和NAP-XPS研究表明,決定性因素是從金屬到載體的電子轉移,這改變了CO中間體的吸附和活化。
  • 江南大學劉小浩教授:揭示氧空位與二氧化碳催化加氫的構效關係
    Pd/CeO2 catalysts」 發表在催化領域Top期刊《ACS Catalysis》(DOI: 10.1021/acscatal.0c03324), 該論文化工學院青年教師姜楓助理研究員為第一作者,劉小浩教授為通訊作者。
  • 催化周報:Nat. Catal.、Nat. Chem.大合集
    本工作表明,定製的催化劑可以通過非共價相互作用網絡作為簡單、非功能化碳陽離子的合適載體。本文所述的方法將為有價值的碳陽離子系統提供催化可及性。在本文中,作者報導了穩定的XB催化的2-脫氧糖基化,其特徵在於指示動態XB活化的仿生反應網絡。基準研究發現,與硫脲催化方案相比,底物耐受性有所提高。動力學研究揭示了一個自誘導的S型動力學曲線,支持了XB依賴的活性催化物種的原位擴增。動力學同位素效應測量進一步支持速率確定步驟中的量子隧穿。
  • 江南大學劉小浩教授團隊揭示氧空位與CO2催化加氫構效關係
    Pd/CeO2 catalysts」發表在催化領域Top期刊《ACS Catalysis》(DOI: 10.1021/acscatal.0c03324),該論文化工學院青年教師姜楓助理研究員為第一作者,劉小浩教授為通訊作者
  • 催化周報:Science和Nature子刊等大合集
    在限制C-H活化步驟中對電子流的分析表明,氫原子的離去過程涉及協調的質子耦合電子傳遞機理。這項研究的結果表明,除了節點中金屬的作用外,MOF節點結構在驅動V-MOF的催化活性方面也起著至關重要的作用。Science:加速雙極膜中的水分解並用於電催化催化將水分解成質子和氫氧根離子(WD),對於製備可將不同
  • 催化周報:Nat. Catal.、Nat. Mater.、Nat. Energy、JACS大合集
    在這項工作中,使用沸石咪唑骨架作為前驅體合成了由Co2P嵌入Co、N和P摻雜碳組成的高活性和非常穩定的三功能電催化劑。Co2P與多雜原子摻雜碳底物之間的協同作用提供了對HER、OER和ORR具有電催化活性,這些材料可與甚至優於商業RuO2或Pt/C催化劑。使用該材料作為電極電催化劑組裝的鋅空氣電池和水分解裝置顯示出良好的性能和出色的穩定性。
  • 催化周報:Science、Nature子刊、JACS等大合集
    /TiO2催化劑用作代表性的金屬/載體相互作用體系,在催化過程中具有可調的反應性。因此,Ru/TiOx上這種與尺寸有關的金屬/載體相互作用會導致Ru還原度的變化,從而具有可變的CHx轉化能力。結果,小尺寸的Ru/TiOx催化劑通過抑制Ru/TiOx上競爭性甲烷化作用而表現出對鏈增長的偏好。因此,尺寸依賴性的金屬/載體相互作用對確定FTS中Ru/TiOx的催化性能起著重要作用,可作為調節金屬納米顆粒在催化過程中反應性的有效方法。
  • 催化周報:JACS、Angew.、AM、Chem、Joule等大合集!
    性能的改善主要得益於氧空位的增加,氧的易釋放和結合能力,Co和Fe的協同作用以及OH-/O2吸附量和高氧化性O22-/O-的增加。儘管In2O3/Pd已被用作將CO2加氫成甲醇的有效催化劑,但人們對Pd和In2O3之間的強金屬-載體相互作用(SMSI)產生的電子效應了解甚少,這受In2O3形態的影響很大。
  • 【解讀】中科大江海龍課題組ACS Catal.:CuPd@ZIF-8加速炔烴選擇性加氫
    /doi/pdf/10.1021/acscatal.0c00177關鍵詞:金屬有機框架材料;光熱效應;合金;選擇性加氫構築了CuPd@ZIF-8複合催化劑,其中Cu納米顆粒不僅可以產生等離子共振效應,實現光熱催化還可以調節Pd表面電子態,改善其化學選擇性。
  • ACS Catal.:OER電催化反應,更準確的描述符
    和金屬催化劑相比,由於氧化物催化劑的電子結構更多的體現出局域性,因此通過計算化學篩選氧化物催化劑有較大難度,同時用於替代複雜DFT計算的更加合適的反應活性描述符比較缺少。和使用氧吸附焓作為預測反應的標準標度關係相比,開發的這種通過考察局部電荷轉移作用的描述符顯著改善了標度關係。因此,在對OER電催化反應的理論過電勢預測中,誤差達到0.2 V。
  • 馬丁課題組ACS Catal綜述:負載型金屬團簇催化劑的構建及反應
    本文總結了SMCs催化劑的經典合成策略和重要表徵方法,結合五類重要的催化反應討論了團簇尺寸效應及金屬載體強相互作用對其催化性質影響的重要機制。通過密度泛函理論計算,Nørskov等人論證了B5位點在尺寸大於2 nm Ru納米粒子的存在及其在催化合成氨反應中的重要作用(圖1. c-d)。
  • ACS Catal:Cu2O-希瓦氏菌-還原石墨烯光催化HER系統
    光催化學術QQ群:927909706
  • 江南大學劉小浩教授團隊ACS Catalysis:鈷基費託合成反應中活性和...
    化學加網 舉報   導讀  近日,江南大學劉小浩教授團隊利用原位表徵技術和量子化學計算等手段在揭示鈷基費託合成反應中氧化亞鈷
  • 催化周報:Nature、Nat. Catal.等大合集
    催化加氫脫氧是生物油提質的重要步驟。但是,由於C-O鍵的良好穩定性,加氫脫氧通常需要較高的氫氣壓力和溫度。在這裡作者報告了使用協同催化系統,在<100℃和氫氣壓力<1 atm的情況下,將木質素基生物油有效發生加氫脫氧反應,該系統包含低氧化還原電位H4SiW12O40(SiW12)和懸浮的Pt/C顆粒。作者推測SiW12在生物油加氫脫氧中發揮三個關鍵作用。
  • ACS Catal碳催化活化過硫酸鹽-苯甲醇選擇性氧化新體系
    研究表明,PMS可以被多種碳材料(碳納米管,氧化石墨烯,納米金剛石等)活化,用於高級氧化反應來降解有機物。然而,該催化活化的機理研究還不夠完善。此外,該體系在有機選擇性氧化反應中的可行性還有待探索。其中,800 ºC焙燒得到碳納米管在苯甲醇氧化反應中的效果最好,在50 ºC條件下經過3小時反應,苯甲醛選擇性達到80%。其催化效果超過了等量的市售Pt@Al2O3催化劑和氧化鐵催化劑。
  • ACS Catalysis綜述: 水相異質催化反應研究進展
    水在自然界中無處不在,在許多生物轉化過程中充當溶劑或反應物。因此,了解水在這些過程中的作用一直是研究人員多年來的一個重點。