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Platinum−Copper Bimetallic Nanoparticles Supported on TiO2 as Catalysts for Photo−thermal Catalytic Toluene Combustion
發(fā)布時間：2022-02-24 瀏覽量：2761
1. 文章信息
標題：Platinum?Copper Bimetallic Nanoparticles Supported on TiO2 as Catalysts for Photo?thermal Catalytic Toluene Combustion
頁碼：暫無，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
4. 作者信息：第一作者是山東大學材料科學與工程學院碩士生齊園。通訊作者為山東大學王鳳龍教授、劉久榮教授、吳濤研究員與蔣妍彥教授
5. 正文中標記產品所在位置截圖
6. 文章簡介：
空氣中揮發(fā)性有機化合物(VOCs)的顯著增加造成了嚴重的環(huán)境污染和人類健康問題。在各種去除VOCs的方法中，氣相光熱催化被認為是一種有效的方法，它具有能耗低、轉換效率高的優(yōu)點。近年來，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際應用。
因此，通過引入第二種豐量金屬元素來降低貴金屬的使用量，同時保持或提高催化性能成為解決這一問題的有效途徑，逐漸受到了科研工作者的廣泛關注。
本文通過調整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)同催化過程中甲苯的降解情況。主要實驗結論如下：
1）通過硼氫化鈉一步還原法制備得到不同質量比的Pt–Cu/TiO2催化劑，用于流動體系中甲苯的催化降解。結構表征表明，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。合金固溶體內部Pt元素與Cu元素有著較強的相互作用關系，從而能夠有效調控金屬的電子結構，對其與催化反應物、中間產物、產物的有著明顯的調節(jié)作用。通過優(yōu)化兩種金屬元素的相對含量，有望獲取超過單獨Pt元素存在的催化性能，基于此開展了一系列研究內容。
2）探究了不同質量比的Pt–Cu/TiO2催化劑對于光催化、熱催化及光熱催化降解甲苯的性能。在單獨的熱催化或光催化條件下，Pt與Cu質量比為4:1的催化劑（PT–4）表現(xiàn)出和純Pt催化劑相近的性能。在光熱耦合反應條件下，發(fā)現(xiàn)PT–4催化劑的甲苯降解性能超過了純Pt催化劑，由此說明了PtCu合金催化劑的優(yōu)越性，甲苯–TPD實驗表明PtCu催化劑相對純Pt催化劑來說，能夠吸附更多的反應物，具有更多的反應活性位點。
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光照條件下的催化性能。在光照射下，甲苯的轉化率可以達到55%，但如果沒有外界的熱作為催化過程的驅動力，轉化率就不能再提高。當溫度達到110 ℃時，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程中具有協(xié)同作用。
希望本文所做的工作能為未來設計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。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