近日，2020级硕士研究生黄明真与胡思瑗在W/Cu/Ce三金属氧化物催化氧化一氧化碳领域取得了新进展，相关研究成果以“Experimental and theoretical studies of carbon monoxide oxidation over W/Cu/Ce trimetallic oxides: the effect of W addition”为题在线发表在《Materials Today Chemistry》期刊（IF= 7.613）。

 

  众所周知，催化剂中的金属组分在决定一氧化碳（CO）转化率方面起着至关重要的作用。二氧化铈（CeO₂）具有较高的热稳定性和储氧能力，是CO氧化的优良催化剂或载体。而在CeO₂载体中引入廉价金属，特别是铜，可以大大提高材料的催化活性。此外，氧化钨（WO₃）是一种可还原性氧化物，能提高催化剂的氧空位，从而提高CO氧化的催化活性，是一种很有前途的CO氧化材料。多组分金属氧化物通常采用共沉淀法、浸渍法、溶胶-凝胶法和沉积法制备。虽然可以有效地控制催化剂的形成，但整个催化剂中金属位点的分散较差，导致反应过程中容易发生烧结失活。铈-苯三羧酸（Ce-BTC）吸附乙酰丙酮铜可以得到W/Cu/Ce三金属氧化物中CeO₂和氧化铜（CuO）这两种主要成分。另一方面，离子液体（ILs）已被证明能够与金属有机骨架（MOFs）有机结合。

因此，在本研究中，采用磷钨酸型离子液体@Ce-BTC吸附乙酰丙酮铜为前驱体制备高分散W/Cu/Ce三金属氧化物的方法。通过调节磷钨酸型离子液体的用量，得到了一系列W/Cu/Ce三金属氧化物，并对其在CO氧化中的催化性能进行了评价。研究发现，当W添加量为0.5 g时有更好的催化性能，说明适量的W对Cu/CeO₂的催化活性有促进作用。去除内外扩散后，W(0.5)/Cu/CeO₂催化剂的活化能（Ea）为39.1 kJ/mol（催化剂尺寸：40-60目，质量空速：30000 mL/h/g_cat）。

 

  H₂-TPR分析表明W掺杂削弱了Ce-O键，使得制备样品中的氧更容易与CO反应生成CO₂。XPS结果说明，当W掺杂到催化剂中时，Ce和Cu都向W转移电子，促进了氧空位的生成。原位红外实验证明W(0.5)/Cu/CeO₂催化剂的晶格氧参与了CO的氧化，W能增强催化剂对CO的吸附。密度泛函理论（DFT）计算结果表明，W(0.5)/Cu/CeO₂催化剂的CO吸附能略高于W(0)/Cu/CeO₂催化剂，这在一定程度上解释了W的加入可以增强CO吸附的实验结果。基于M-vK机理研究了CO在制备W/Cu/Ce三金属氧化物上的氧化反应途径，结果表明CO可以夺取W/Cu/Ce三金属氧化物的晶格氧生成CO₂，这也被证明是反应过程中的速率决定步骤。

 

  该研究工作得到国家自然科学基金(No. U21A20324)、国家自然科学基金(No. 21908073)和华侨大学新聘人才创业科研基金项目(No. 605-50Y20015)等科研项目的资助。

 

全文链接：https://doi.org/10.1016/j.mtchem.2022.101295