Pt/Cd-TiO₂选择性催化CO₂加氢反应的性能

摘要

CO₂加氢过程中间体CO在分子水平上的吸附/脱附行为会显著影响产物选择性.本文采用浸渍法制备了Pt/Cd-TiO₂催化剂.通过X射线衍射（XRD）、 H₂气程序升温还原（H₂-TPR）、拉曼光谱（Raman）、电子顺磁共振波谱（ESR）、透射电子显微镜（TEM）、 X射线光电子能谱（XPS）、 CO₂程序升温脱附（CO₂-TPD）和N2气吸附-脱附实验等表征手段对Pt/Cd-TiO₂催化剂进行表征，并将其应用于CO₂加氢反应中.活性测试结果显示，Pt/TiO₂加氢产物中CO选择性是87.5%, CH₄选择性是12.5%.随着Cd²⁺的引入，Pt/Cd-TiO₂的加氢产物中CO选择性提升至98.1%, CH₄选择性降低至1.9%.以Pt/Cd-TiO₂为催化剂，CO的生成温度降低至225℃（Pt/TiO₂是250℃）.原位傅里叶变换红外光谱（FTIR）和X射线光电子能谱（XPS）分析结果表明，Cd²⁺的引入能够降低Pt纳米颗粒（Pt NPs）表面的电子密度，Pt NPs表面电子密度的降低有利于吸附态CO(CO_ads)脱附生成气态CO，同时抑制CO_ads加氢生成CH₄.在CO甲烷化实验中，Cd²⁺的引入使CH₄产量降低了约6.6倍，证明Cd²⁺抑制了CO甲烷化生成CH₄，这与Pt/Cd-TiO₂在CO₂加氢中CO选择性提升的结果一致.通过多种阳离子(Cd²⁺, Mn²⁺,Ba²⁺, K⁺, Na⁺)对Pt/TiO₂进行修饰，均能提升CO选择性，其中Pt/Cd-TiO₂表现出最高的CO选择性.

关键词

二氧化碳加氢 / Pt/Cd-TiO₂催化剂 / 电子密度 / 一氧化碳选择性 / 一氧化碳吸附