登录
 机构网站
  1. 首页
  2. 情报产品
  3. 快讯详情

《金属间化合物中单原子铂作为丙烷脱氢的超稳定选择性催化剂》

  • 来源专题：纳米科技
  • 编译者： 郭文姣
  • 发布时间：2020-06-22

  • 丙烷脱氢(PDH)生产丙烯需要较高的反应温度才能获得足够的丙烯产率，这导致催化剂因结焦而失活明显。开发高稳定的PDH催化剂，即使在高温下也不失活，具有很大的工业价值。在这里，我们报道了热稳定金属间PtGa中的单原子Pt作为高温下PDH的超稳选择性催化剂。金属间质PtGa在表面表现出被催化惰性Ga隔离的三持铂系综和单个铂原子，前者可被铅沉积选择性阻断和失效。pga - pb /SiO2催化剂在600℃条件下催化96小时，转化率为30%，丙烯选择性为99.6%，且性能不受影响。单原子Pt很好地催化了第一和第二C-H的活化，同时有效地抑制了第三C-H的活化，从而最大限度地减少了对焦炭的副反应，极大地提高了选择性和稳定性。

42浏览量
原文链接
相关报告

  • 《Nat.Commun:双中心单原子合金催化剂促进电催化CO2还原中的碳氢化合物形成》
    • 来源专题：先进材料
    • 编译者：李丹
    • 发布时间：2023-11-12
    • 来自材料牛 一、 导读        近年来，在CO 2 氢化生成能量密集型碳氢化合物分子（HCs）的催化反应中，以CO 2 加氢而不产生H 2 为特征的电催化CO 2 还原反应（CO 2 RR）备受关注。铜（Cu）可以高效的催化HCs（特别是C2+）形成的元素，因为它对氢（ΔE H ）和羰基（ΔE CO ）的结合能都是最佳的，而ΔE H 和ΔE CO 是CO 2 RR过程中普遍存在的中间体。目前，研究发现金属合金化是一种广泛采用的加速CO 2 RR同时合理抑制竞争性析氢反应（HER）的策略。不幸的是，大多数非贵金属组成的Cu合金催化剂通过削弱ΔE CO 从而表现出更倾向甲酸盐或CO生成的选择性。因此,违背了使用 Cu 作为催化金属以实现CO 2 深度加氢的最初目的。目前，部分研究学者提出通过在元素周期表中加入位于Cu左侧的铂族金属（PGMs）来直接解决上述限制问题，因为铂族金属将为CO提供大量的结合能。然而根据动力学分析表明，HER在PGM基团上的反应仍然比CO 2 RR要快的多。因此，从设计PGM-Cu催化中心本身的角度出发，合理设计一种PGM-Cu界面的替代结构实现通过CO 2 RR高效且选择性地生成HCs，并从本质上限制了HER是CO 2 RR最关键的研究之一。 二、 成果掠影    近日，克莱姆森大学Ming Yang和马萨诸塞大学FangLin Che等人提出了一种巧妙的设计，将原子分散的铂族金属物种锚定在多晶和形状可控的Cu催化剂上（PGM 1 -Cu SAAs），该催化剂能通过CO 2  RR来高效的催化碳氢化合物的形成。相关的研究成果以“Dual-site catalysts featuring platinum-group-metal atoms on copper shapes boost hydrocarbon formations in electrocatalytic CO 2 reduction”为题发表在Nature Communications上。 三、 核心创新点 1、通过一种巧妙设计成功合成出多晶和形状可控的Pt 1 Cu单原子合金(SAAs)纳米催化剂。 Pd 1 Cu SAA 能高效通过 CO 2  RR 轻松地形成CH4和 C 2 H 4 ，同时抑制不必要的析氢反应的发生。值 得注意的是，具有类似金属配方但包含小铂或钯簇的合金将无法实现这一目标; 2、通过形状控制的催化剂合成、原位反应研究和DFT计算分析，当铜表面有相当数量的CO-Pd 1 基团时，CO氢化成CHO或CO-CHO偶联成为Cu（111）或Cu（100）上的主要途径之一, 另外通过Pd-Cu双位点途径选择性产生CH 4 或C 2 H 4 四、 数据概览 图1 多晶 PGM-Cu SAA 的形态和结构分析。a多晶Cu催化剂的FESEM图像及其相应的EDS元素图。b Pd 1 Cu SAA的像差校正 HAADF-STEM 图像。圆圈突出显示单原子Pd。c Pd K-edge EXAFS  ©2023 The Author(s) 图2 电催化CO 2 还原活性比较。多晶 Cu、多晶Pd 1 Cu SAA和形状受控的Pd 1 Cu SAA在不同电压（相对于RHE）下的a C 2  H 4 和b CH 4 的部分电流密度。c CO 2 还原FE% 和电流密度的比较 ©2023 The Author(s) 图3 DFT计算Pd 1 Cu SAA中单原子Pd对调节CO吸附和HER的作用。a , b分别显示CO 在Cu、Pd 1 Cu和Pd的 (100) 和 (111) 面上的吸附能。c , d是 HER 在Cu、Pd 1 Cu和Pd 的 (100) 和 (111) 面上的自由能图  ©2023 The Author(s) 图4 作为扫描电位函数的气态产物实时分析。使用a Cu NP 和 b Pd 1 Cu SAA还原CO 2 时，通过质谱仪检测的循环伏安图和实时碳氢化合物产物分布  ©2023 The Author(s) 图5 CO 2 还原过程中在Cu上的Pd对产物分布的影响。a Cube-Cu 和b Octa-Cu的SEM 图像。c多晶和形状控制的Cu纳米粒子和 Pd 1 Cu SAA的粉末 X 射线衍射图。d Pd K-edge EXAFS（阴影线）和曲线拟合（点）。e CH 4 和C 2 H 4 的FE分布 ©2023 The Author(s) 图6 形状控制的Cu和Pd 1 Cu SAA的原位ATR-SEIRAS。O 2 饱和0.5 M KHCO 3 电解质中Pd 1 Cu SAA和Cu在-0.8 V下作为时间函数收集的较高波数处的光谱a 和较低波数处的光谱b ©2023 The Author(s) 图7 Pd1Cu SAA中单原子 Pd 对反应自由能和活化能垒的DFT计算。a ?Cu(111)、Pd 1 Cu(111)和CO- Pd 1 Cu (111)上CO 加氢(H ?+ CO ?→ CHO +)的反应自由能和活化势垒以及相应的IS、TS 和 FS结构。b C-C偶联(CO  ?+ CHO  ?→ OCCHO  ?+ )在Cu(111)、Pd 1 Cu(111)和CO- Pd 1 Cu (111)上的反应自由能和活化势垒以及相应的IS、TS 和 FS结构 ©2023 The Author(s) 五、 成果启示   综上所述，这项工作提出了一种巧妙的Pt 1 Cu单原子合金 (SAAs) 纳米催化剂的策略。铂族金属虽然在传统上不利于电催化CO 2 加氢，但现在可以作为Cu基体上的合金单原子来利用，以显著地提高反应效率和选择性地产生碳氢化合物，这是许多其他铜基合金无法实现的反应目标。在汽车电气化的大趋势下，铂族金属重型汽车催化剂逐渐被淘汰，这一新发现为铂族金属催化剂应用在全球市场上提供了独特的机会。
    300浏览量
    原文链接

  • 《选择性表面改性催化剂升级生物质》
    • 来源专题：重大科技基础设施领域知识集成服务平台
    • 编译者：魏韧
    • 发布时间：2020-09-14
    • 科学家设计了一种由二氧化钛表面上超低浓度的铂（小于十亿分之一米的单原子和团簇）组成的催化剂，并证明其如何显着提高断开特定碳—氧键的速率，将植物衍生物（糠醇）转化为潜在的生物燃料（2-甲基呋喃），可应用于设计稳定、活性和选择性的催化剂。该催化剂基于负载在金属氧化物上的多种金属，以生物质为原料生产工业化学品和燃料。研究成果发表在《自然·催化》上。 美国能源部布鲁克海文国家实验室的功能纳米材料中心界面科学和催化小组的研究人员Anibal Boscoboinik说：“由于可能发生许多副反应，为使分子产生特定的产物，必须沿着某种途径进行反应。要将糠醇转化为生物燃料，必须破坏与分子环状部分相连的侧基上的碳原子和氧原子之间的键，同时在环中不产生任何副反应。通常，破坏该键的金属催化剂也会同时激活与环有关的反应，但是本研究设计的催化剂仅破坏侧基的碳-氧键。” 在这项研究中，科学家假设在适度还原的金属氧化物表面上添加贵金属会促进加氢脱氧。从氧化物表面去除氧会形成一个固定位点，分子可以固定在该位点上，从而可以断开和形成必要的键。以前在催化和半导体领域的研究也说明了杂质对表面的影响程度。 为了验证假设，选择了铂作为贵金属，二氧化钛为金属氧化物。理论计算和建模表明，将单个铂原子引入二氧化钛表面时，氧空位的形成在能量上更有利。 在特拉华大学合成铂-二氧化钛催化剂后，使用布鲁克海文和阿贡国家实验室设施进行各种结构和化学表征研究。在功能纳米材料中心电子显微镜设施上，使用扫描透射电子显微镜对催化剂进行高分辨率成像。在布鲁克海文的国家同步辐射光源II中，使用原位和Operando软X射线光谱光束线以及快速X射线吸收和散射光束线来追踪铂金化学（氧化）状态。在阿贡先进光子源上进行补充X射线光谱研究，确定催化剂中原子之间的距离。
    47浏览量
    原文链接