CuO/CeO2催化剂上CO 氧化的结构（界面）敏感性和活性物种研究

CuO/CeO2催化剂上CO 催化氧化因具有重要的应用背景和学术价值而受到广泛研究。但其结构(界面)敏感性和不同Cu物种对反应影响以及物种之间的相互转化问题尚需澄清。原因在于：1，大部分报道中的活性数据未在动力学区间内获得；2，反应活性位以及反应模型尚未正确识别与建立。针对以上问题，本项目从CuO/CeO2催化剂的制备出发，通过反应动力学研究获得可靠的本征活性数据；对催化剂中不同的Cu物种进行区分和指认，考察它们对反应的影响；同时通过原位表征手段确定活性区或反应活性位，并以此为基础获得反应的本征活性，从而得到真实的结构（界面）敏感性信息；最后通过理论计算的方法来进一步验证动力学模型和反应机理的可靠性。本项目研究有望对CuO/CeO2催化剂上CO氧化的结构（界面）敏感性与活性位等问题有进一步认识。该研究方法也可拓展到其他催化体系，对认识催化反应中的结构（界面）敏感性问题具有普适性。

CuO/CeO2催化剂上CO 催化氧化因具有重要的应用背景和学术价值而受到广泛研究。但其结构(界面)敏感性和不同Cu物种对反应影响以及物种之间的相互转化问题尚需澄清。原因在于：1，大部分报道中的活性数据未在动力学区间内获得；2，反应活性位以及反应模型尚未正确建立。针对以上问题，在国家自然科学基金的资助下，我们对CeO2-基和其他催化剂体系上CO氧化反应进行了系统性研究。通过催化剂制备、活性评价、动力学研究、催化剂表征等一系列工作，对CO氧化反应有了进一步理解，尤其是对项目研究的核心内容--CO氧化反应的结构敏感性问题获得了清晰的认识。主要的研究内容和结果如下：1，我们发现载体对CO的反应历程有显著影响。例如CuO/SiO2和CuO/TiO2 催化剂上反应遵循Langmuir–Hinshelwood (L–H) 模型，涉及 CO 和 O2 在Cu原子上的吸附和反应；对于CuO/CeO2 催化剂，反应遵循 Mars van–Krevelen 模型，涉及CO在Cu原子表面吸附并与CeO2中晶格氧的反应。2，我们发现催化剂中金属-载体的接触界面是反应活性中心，并具有明显的结构（界面）敏感性。例如我们发现对于CuO–TiO2 和 CuO–CeO2 接触界面上的Cu原子来说，大颗粒的Cu原子比小颗粒的Cu原子活性更高，这是由于大颗粒Cu原子上CO的吸附密度更高。在Pt/TiO2和Pt/CeO2催化剂中我们也发现了同样现象，表明界面反应是CO反应中的普遍规律，且都具有界面敏感性。最后，我们还区分了CeO2-基催化剂中不同金属物种在反应中的作用。例如在CuO/CeO2催化剂中，催化剂中表面CuO颗粒与Ce-Cu-O固溶体对CO氧化起到了协同作用。同样的，在PdO/CeO2催化剂中，我们对催化剂中各种PdO物种对于CO氧化的活性贡献进行了定量分析，发现催化剂中表面PdO物种具有最高的CO氧化活性，而Ce-Pd-O固溶体中的PdO物种活性最低；催化剂中不同PdO物种起到了协同作用。.通过本项目研究，我们对CuO/CeO2催化剂和其他类似体系上CO氧化的结构（界面）敏感性与活性位等问题有进一步认识。该研究方法也有望拓展到其他催化体系，对认识催化反应中的结构（界面）敏感性问题具有普适性。