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Platinum−Copper Bimetallic Nanoparticles Supported on TiO2 as Catalysts for Photo−thermal Catalytic Toluene Combustion
發(fā)布時(shí)間：2022-02-24 瀏覽量：17859
1. 文章信息
標(biāo)題：Platinum?Copper Bimetallic Nanoparticles Supported on TiO2 as Catalysts for Photo?thermal Catalytic Toluene Combustion
頁(yè)碼：暫無(wú)，DOI：10.1021/acsanm.1c03429
2. 文章鏈接
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsanm.1c03429
3. 期刊信息
期刊名：ACS Applied Nano Materials
ISSN：2574-0970
2020年影響因子：5.097
分區(qū)信息：中科院2區(qū)；JCR分區(qū)（Q2）
涉及研究方向：材料科學(xué)
4. 作者信息：第一作者是山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院碩士生齊園。通訊作者為山東大學(xué)王鳳龍教授、劉久榮教授、吳濤研究員與蔣妍彥教授
5. 正文中標(biāo)記產(chǎn)品所在位置截圖
6. 文章簡(jiǎn)介：
空氣中揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOCs)的顯著增加造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染和人類健康問(wèn)題。在各種去除VOCs的方法中，氣相光熱催化被認(rèn)為是一種有效的方法，它具有能耗低、轉(zhuǎn)換效率高的優(yōu)點(diǎn)。近年來(lái)，貴金屬Pt基催化劑因其在低溫下的優(yōu)異催化性能而受到廣泛的研究，但貴金屬的稀缺性極大地限制了其實(shí)際應(yīng)用。
因此，通過(guò)引入第二種豐量金屬元素來(lái)降低貴金屬的使用量，同時(shí)保持或提高催化性能成為解決這一問(wèn)題的有效途徑，逐漸受到了科研工作者的廣泛關(guān)注。
本文通過(guò)調(diào)整Pt-Cu雙金屬的元素比例，探究了PtCu–TiO2催化劑在光催化、熱催化及光熱協(xié)同催化過(guò)程中甲苯的降解情況。主要實(shí)驗(yàn)結(jié)論如下：
1）通過(guò)硼氫化鈉一步還原法制備得到不同質(zhì)量比的Pt–Cu/TiO2催化劑，用于流動(dòng)體系中甲苯的催化降解。結(jié)構(gòu)表征表明，金屬納米粒子尺寸在2–4 nm，均勻分布在銳鈦礦型TiO2 (20 ~ 60 nm)表面。此外，高倍透射觀察發(fā)現(xiàn)金屬納米顆粒的晶格條紋介于Pt(111)與Cu(111)之間，EDX元素面掃證明在雙金屬顆粒中，Pt與Cu均勻分布，從而證明了固溶體合金的形成。合金固溶體內(nèi)部Pt元素與Cu元素有著較強(qiáng)的相互作用關(guān)系，從而能夠有效調(diào)控金屬的電子結(jié)構(gòu)，對(duì)其與催化反應(yīng)物、中間產(chǎn)物、產(chǎn)物的有著明顯的調(diào)節(jié)作用。通過(guò)優(yōu)化兩種金屬元素的相對(duì)含量，有望獲取超過(guò)單獨(dú)Pt元素存在的催化性能，基于此開(kāi)展了一系列研究?jī)?nèi)容。
2）探究了不同質(zhì)量比的Pt–Cu/TiO2催化劑對(duì)于光催化、熱催化及光熱催化降解甲苯的性能。在單獨(dú)的熱催化或光催化條件下，Pt與Cu質(zhì)量比為4:1的催化劑（PT–4）表現(xiàn)出和純Pt催化劑相近的性能。在光熱耦合反應(yīng)條件下，發(fā)現(xiàn)PT–4催化劑的甲苯降解性能超過(guò)了純Pt催化劑，由此說(shuō)明了PtCu合金催化劑的優(yōu)越性，甲苯–TPD實(shí)驗(yàn)表明PtCu催化劑相對(duì)純Pt催化劑來(lái)說(shuō)，能夠吸附更多的反應(yīng)物，具有更多的反應(yīng)活性位點(diǎn)。
3）為了更系統(tǒng)的探究光與熱的協(xié)同作用，以PT–4催化劑為例，比較了其在光照下和無(wú)光照條件下的催化性能。在光照射下，甲苯的轉(zhuǎn)化率可以達(dá)到55%，但如果沒(méi)有外界的熱作為催化過(guò)程的驅(qū)動(dòng)力，轉(zhuǎn)化率就不能再提高。當(dāng)溫度達(dá)到110 ℃時(shí)，PT–4催化劑光熱耦合催化降解甲苯的效率接近100%，而在同樣溫度下熱催化降解甲苯的效率不到1%。這意味著低溫去除甲苯既需要光照射，也需要外部加熱。因此，光和熱是催化過(guò)程中不可缺少的，由此證明了光照和外加熱量在催化甲苯降解過(guò)程中具有協(xié)同作用。
希望本文所做的工作能為未來(lái)設(shè)計(jì)在溫和條件下光熱催化降解VOCs的高效雙金屬合金催化劑提供啟發(fā)式指導(dǎo)。文章DOI : 10.1021/acsanm.1c03429，原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsanm.1c03429
光熱催化降解甲苯原理示意圖
