催化学报 ›› 2020, Vol. 41 ›› Issue (6): 901-914.DOI: 10.1016/S1872-2067(19)63509-6
James Kammert, Jisue Moon, Zili Wu
收稿日期:
2019-09-29
修回日期:
2019-10-21
出版日期:
2020-06-18
发布日期:
2020-01-21
通讯作者:
Zili Wu
James Kammert, Jisue Moon, Zili Wu
Received:
2019-09-29
Revised:
2019-10-21
Online:
2020-06-18
Published:
2020-01-21
Contact:
S1872-2067(19)63509-6
摘要: 二氧化铈因其具有较强的氧化还原性能和多变的酸碱功能而在催化领域有着广泛的应用,其可用作催化剂、改性剂或载体.虽然二氧化铈常被用于氧化反应,但由于其独特的选择性地将炔烃加氢成烯烃的能力,近年来引起了广泛的研究兴趣.氧化铈出色的加氢能力引发了新的研究热潮,以了解纯二氧化铈用作加氢催化剂的原理.本文综述了近年来氧化铈的实验和计算研究进展,重点介绍了氧化铈与氢气的相互作用和加氢反应.讨论了各种研究的重要观点,包括原位光谱/显微镜和铈在涉氢反应中的理论模型,从而阐明了氧化铈催化炔烃加氢反应能力的本质和反应机理.最后在总结和展望部分提出了进一步提高对铈基材料加氢反应机理认识和催化性能的途径.
James Kammert, Jisue Moon, Zili Wu. 二氧化铈与氢气之间相互作用及其在炔烃选择加氢中的应用[J]. 催化学报, 2020, 41(6): 901-914.
James Kammert, Jisue Moon, Zili Wu. A review of the interactions between ceria and H2 and the applications to selective hydrogenation of alkynes[J]. Chinese Journal of Catalysis, 2020, 41(6): 901-914.
[1] J. Kašpar, P. Fornasiero, N. Hickey, Catal. Today, 2003, 77, 419-449. [2] H. C.Yao, Y. F. Yu Yao, J. Catal., 1984, 86, 254-265. [3] L. Vivier, D. Duprez, ChemSusChem, 2010, 3, 654-678. [4] J. Paier, C. Penschke, J. Sauer, Chem. Rev., 2013, 113, 3949-3985. [5] R. Juárez, P. Concepción, A. Corma, H. García, Chem. Commun., 2010, 46, 4181-4183. [6] A. Leyva-Pérez, D. Cómbita-Merchán, J. R. Cabrero-Antonino, S. I. Al-Resayes, A. Corma, ACS Catal., 2013, 3, 250-258. [7] M. Tamura, K. Tomishige, Angew. Chem. Int. Ed., 2015, 54, 864-867. [8] C. Binet, M. Daturi, J. C. Lavalley, Catal. Today, 1999, 50, 207-225. [9] Z. Wu, A. K. P. Mann, M. Li, S. H. Overbury, J. Phys. Chem. C, 2015, 119, 7340-7350. [10] A. K. P. Mann, Z. Wu, F. C. Calaza, S. H. Overbury, ACS Catal., 2014, 4, 2437-2448. [11] Y. Wang, F. Wang, Q. Song, Q. Xin, S. Xu, J. Xu, J. Am. Chem. Soc., 2013, 135, 1506-1515. [12] S. Zhang, Z. Xia, Y. Zou, F. Cao, Y. Liu, Y. Ma, Y. Qu, J. Am. Chem. Soc., 2019, 141, 11353-11357. [13] Z. Zhang, Y. Wang, J. Lu, J. Zhang, M. Li, X. Liu, F. Wang, ACS Catal., 2018, 8, 2635-2644. [14] H. Kaneko, T. Miura, H. Ishihara, S. Taku, T. Yokoyama, H. Nakajima, Y. Tamaura, Energy, 2007, 32, 656-663. [15] A. Le Gal, S. Abanades, J. Phys. Chem. C, 2012, 116, 13516-13523. [16] S. Mansingh, D. K. Padhi, K. M. Parida, Int. J. Hydrogen Energy, 2016, 41, 14133-14146. [17] W.-J. Shen, Y. Ichihashi, H. Ando, Y. Matsumura, M. Okumura, M. Haruta, Appl. Catal. A, 2001, 217, 231-239. [18] A. Trovarelli, C. deleitenburg, G. Dolcetti, J. L. Lorca, J. Catal., 1995, 151, 111-124. [19] A. Trovarelli, G. Dolcetti, C. de Leitenburg, J. Kaspar, Stud. Surf. Sci. Catal., 1993, 75, 2781-2784. [20] F. Wang, S. He, H. Chen, B. Wang, L. Zheng, M. Wei, D. G. Evans, X. Duan, J. Am. Chem. Soc., 2016, 138, 6298-6305. [21] N. Kumari, M. A. Haider, M. Agarwal, N. Sinha, S. Basu, J. Phys. Chem. C, 2016, 120, 16626-16635. [22] K. Werner, X. Weng, F. Calaza, M. Sterrer, T. Kropp, J. Paier, J. Sauer, M. Wilde, K. Fukutani, S. Shaikhutdinov, H. J. Freund, J. Am. Chem. Soc., 2017, 139, 17608-17616. [23] T. Cao, R. You, X. Zhang, S. Chen, D. Li, Z. Zhang, W. Huang, Phys. Chem. Chem. Phys., 2018, 20, 9659-9670. [24] Y. Azizi, C. Petit, V. Pitchon, J. Catal., 2008, 256, 338-344. [25] J. Carrasco, G. Vilé, D. Fernández-Torre, R. Pérez, J. Pérez-Ramírez, M. V. Ganduglia-Pirovano, J. Phys. Chem. C, 2014, 118, 5352-5360. [26] G. Vilé, B. Bridier, J. Wichert, J. Perez-Ramirez, Angew. Chem. Int. Ed., 2012, 51, 8620-3. [27] C. Riley, S. Zhou, D. Kunwar, A. De La Riva, E. Peterson, R. Payne, L. Gao, S. Lin, H. Guo, A. Datye, J. Am. Chem. Soc., 2018, 140, 12964-12973. [28] M. Chong, D.-g. Cheng, L. Liu, F. Chen, X. Zhan, Catal. Lett., 2007, 114, 198-201. [29] S. Zhang, Z. Q. Huang, Y. Ma, W. Gao, J. Li, F. Cao, L. Li, C. R. Chang, Y. Qu, Nat. Commun., 2017, 8, 15266. [30] Y. Ma, W. Gao, Z. Zhang, S. Zhang, Z. Tian, Y. Liu, J. C. Ho, Y. Qu, Surf. Sci. Rep., 2018, 73, 1-36. [31] G. Vilé, D. Albani, N. Almora-Barrios, N. López, J. Pérez-Ramírez, ChemCatChem, 2016, 8, 21-33. [32] G. Vilé, S. Wrabetz, L. Floryan, M. E. Schuster, F. Girgsdies, D. Teschner, J. Pérez-Ramírez, ChemCatChem, 2014, 6, 1928-1934. [33] Z.-Q. Huang, L.-P. Liu, S. Qi, S. Zhang, Y. Qu, C.-R. Chang, ACS Catal., 2018, 8, 546-554. [34] S. Zhou, L. Gao, F. Wei, S. Lin, H. Guo, J. Catal., 2019, 375, 410-418. [35] D. Fernandez-Torre, J. Carrasco, M. V. Ganduglia-Pirovano, R. Perez, J. Chem. Phys., 2014, 141, 014703. [36] M. García-Melchor, N. López, J. Phys. Chem. C, 2014, 118, 10921-10926. [37] M. García-Melchor, L. Bellarosa, N. López, ACS Catal., 2014, 4, 4015-4020. [38] Z. Wu, Y. Cheng, F. Tao, L. Daemen, G. S. Foo, L. Nguyen, X. Zhang, A. Beste, A. J. Ramirez-Cuesta, J. Am. Chem. Soc., 2017, 139, 9721-9727. [39] M. Mogensen, N. M. Sammes, G. A. Tompsett, Solid State Ionics, 2000, 129, 63-94. [40] L. Fan, C. Wang, M. Chen, B. Zhu, J. Power Sources, 2013, 234, 154-174. [41] C. Sun, H. Li, L. Chen, Energy Environ. Sci., 2012, 5, 8475-8505. [42] W. Huang, Y. Gao, Catal. Sci. Technol., 2014, 4, 3772-3784. [43] D. Zhang, X. Du, L. Shi, R. Gao, Dalton Trans., 2012, 41, 14455-14475. [44] A. Trovarelli, Catal. Rev. Sci. Eng., 1996, 38, 439-520. [45] A. Trovarelli, J. Llorca, ACS Catal., 2017, 7, 4716-4735. [46] F. Polo-Garzon, Z. Bao, X. Zhang, W. Huang, Z. Wu, ACS Catal., 2019, 9, 5692-5707. [47] M. Daturi, E. Finocchio, C. Binet, J. C. Lavalley, F. Fally, V. Perrichon, J. Phys. Chem. B, 1999, 103, 4884-4891. [48] M. Daturi, C. Binet, J.-C. Lavalley, A. Galtayries, R. Sporken, Phys. Chem. Chem. Phys., 1999, 1, 5717-5724. [49] Z.-A. Qiao, Z. Wu, S. Dai, ChemSusChem, 2013, 6, 1821-1833. [50] Y. Li, W. Shen, Chem. Soc. Rev., 2014, 43, 1543-1574. [51] S. Chen, F. Xiong, W. Huang, Surf. Sci. Rep., 2019, https://doi.org/10.1016/j.surfrep.2019.100471. [52] K. Wu, L.-D. Sun, C.-H. Yan, Adv. Energy Mater., 2016, 6, 1600501. [53] R. Juárez, S. F. Parker, P. Concepción, A. Corma, H. García, Chem. Sci., 2010, 1, 731-738. [54] C. Schilling, A. Hofmann, C. Hess, M. V. Ganduglia-Pirovano, J. Phys. Chem. C, 2017, 121, 20834-20849. [55] M. Wang, X.-P. Wu, S. Zheng, L. Zhao, L. Li, L. Shen, Y. Gao, N. Xue, X. Guo, W. Huang, Z. Gan, F. Blanc, Z. Yu, X. Ke, W. Ding, X.-Q. Gong, C. P. Grey, L. Peng, Sci. Adv., 2015, 1, e1400133. [56] H.-Z. Zhu, Y.-M. Lu, F.-J. Fan, S.-H. Yu, Nanoscale, 2013, 5, 7219-7223. [57] S. M. F. Shahed, T. Hasegawa, Y. Sainoo, Y. Watanabe, N. Isomura, A. Beniya, H. Hirata, T. Komeda, Surf. Sci., 2014, 628, 30-35. [58] M. F. Bekheet, M. Grunbacher, L. Schlicker, A. Gili, A. Doran, J. D. Epping, A. Gurlo, B. Klotzer, S. Penner, CrystEngComm, 2019, 21, 145-154. [59] M. Bugnet, S. H. Overbury, Z. L. Wu, T. Epicier, Nano Lett., 2017, 17, 7652-7658. [60] M. F. L. Johnson, J. Mooi, J. Catal., 1987, 103, 502-505. [61] V. Perrichon, A. Laachir, G. Bergeret, R. Fréty, L. Tournayan, O. Touret, J. Chem. Soc., Faraday Trans., 1994, 90, 773-781. [62] L. A. Bruce, M. Hoang, A. E. Hughes, T. W. Turney, Appl. Catal. A, 1996, 134, 351-362. [63] F. Giordano, A. Trovarelli, C. de Leitenburg, M. Giona, J. Catal., 2000, 193, 273-282. [64] F. Giordano, A. Trovarelli, C. de Leitenburg, G. Dolcetti, M. Giona, Ind. Eng. Chem. Res., 2001, 40, 4828-4835. [65] Tana, M. Zhang, J. Li, H. Li, Y. Li, W. Shen, Catal. Today, 2009, 148, 179-183. [66] L. Liu, Y. Cao, W. Sun, Z. Yao, B. Liu, F. Gao, L. Dong, Catal. Today, 2011, 175, 48-54. [67] T. Désaunay, G. Bonura, V. Chiodo, S. Freni, J. P. Couzinié, J. Bourgon, A. Ringuedé, F. Labat, C. Adamo, M.Cassir, J. Catal., 2013, 297, 193-201. [68] J. Xu, J. Harmer, G. Li, T. Chapman, P. Collier, S. Longworth, S. C. Tsang, Chem. Commun., 2010, 46, 1887-9. [69] S. Bernal, J. J. Calvino, G. A. Cifredo, J. M. Gatica, J. A. Perez Omil, J. M. Pintado, J. Chem. Soc., Faraday Trans., 1993, 89, 3499-3505. [70] Z. Li, K. Werner, K. Qian, R. You, A. Plucienik, A. Jia, L. Wu, L. Zhang, H. Pan, H. Kuhlenbeck, S. Shaikhutdinov, W. Huang, H. J. Freund, Angew. Chem. Int. Ed., 2019, https://doi.org/10.1002/anie.201907117. [71] Y. Gao, R. Li, S. Chen, L. Luo, T. Cao, W. Huang, Phys. Chem. Chem. Phys., 2015, 17, 31862-71. [72] C. Lamonier, G. Wrobel, J. P. Bonnelle, J. Mater. Chem., 1994, 4, 1927-1928. [73] G. Wrobel, C. Lamonier, A. Bennani, A. D'Huysser, A. Aboukaïs, J. Chem. Soc., Faraday Trans., 1996, 92, 2001-2009. [74] J. L. G. Fierro, J. Soria, J. Sanz, J. M. Rojo, J. Solid State Chem., 1987, 66, 154-162. [75] J. Cunningham, S. O'Brien, J. Sanz, J. M. Rojo, J. A. Soria, J. L. G. Fierro, J. Mol. Catal., 1990, 57, 379-396. [76] T. Matsukawa, A. Hoshikawa, E. Niwa, M. Yashima, T. Ishigaki, CrystEngComm, 2018, 20, 155-158. [77] P. A. Crozier, R. Wang, R. Sharma, Ultramicroscopy, 2008, 108, 1432-40. [78] R. Wang, P. A. Crozier, R. Sharma, J. Phys. Chem. C, 2009, 113, 5700-5704. [79] G. Möbus, Z. Saghi, D. C. Sayle, U. M. Bhatta, A. Stringfellow, T. X. T. Sayle, Adv. Funct. Mater., 2011, 21, 1971-1976. [80] O. S. Bezkrovnyi, P. Kraszkiewicz, M. Ptak, L. Kepinski, Catal. Commun., 2018, 117, 94-98. [81] J. Lamotte, V. Morávek, M. Bensitel, J. C. Lavalley, React. Kinet. Catal. Lett., 1988, 36, 113-118. [82] C. Binet, A. Badri, J.-C. Lavalley, J. Phys. Chem., 1994, 98, 6392-6398. [83] A. Badri, C. Binet, J.-C. Lavalley, J. Chem. Soc., Faraday Trans., 1997, 93, 1159-1168. [84] A. Badri, C. Binet, J.-C. Lavalley, J. Chem. Soc., Faraday Trans., 1996, 92, 4669-4673 [85] J. Vecchietti, M. A. Baltanás, C. Gervais, S. E. Collins, G. Blanco, O. Matz, M. Calatayud, A. Bonivardi, J. Catal., 2017, 345, 258-269. [86] S. M. Schimming, G. S. Foo, O. D. LaMont, A. K. Rogers, M. M. Yung, A. D. D'Amico, C. Sievers, J. Catal., 2015, 329, 335-347. [87] D. Martin, D. Duprez, J. Phys. Chem. B, 1997, 101, 4428-4436. [88] C. Binet, A. Jadi, J. Lamotte, J. C. Lavalley, J. Chem. Soc., Faraday Trans., 1996, 92, 123-129. [89] C. Li, Q. Xin, J. Phys. Chem., 1992, 96, 7714-7718. [90] G. N. Vayssilov, M. Mihaylov, P. S. Petkov, K. I. Hadjiivanov, K. M. Neyman, J. Phys. Chem. C, 2011, 115, 23435-23454. [91] Z. Wu, M. Li, J. Howe, H. M. Meyer, S. H. Overbury, Langmuir, 2010, 26, 16595-606. [92] Z. Wu, M. Li, D. R. Mullins, S. H. Overbury, ACS Catal., 2012, 2, 2224-2234. [93] T. Duchoň, F. Dvorák, M. Aulická, V. Stetsovych, M. Vorokhta, D. Mazur, K. Veltruská, T. Skála, J. Myslivecek, I. Matolínová, V. Matolín, J. Phys. Chem. C, 2013, 118, 357-365. [94] T. Duchoň, F. Dvorák, M. Aulická, V. Stetsovych, M. Vorokhta, D. Mazur, K. Veltruská, T. Skála, J. Myslivecek, I. Matolínová, V. Matolín, J. Phys. Chem. C, 2014, 118, 5058-5059. [95] C. Barth, C. Laffon, R. Olbrich, A. Ranguis, P. Parent, M. Reichling, Sci. Rep., 2016, 6, 21165. [96] B. Chen, Y. Ma, L. Ding, L. Xu, Z. Wu, Q. Yuan, W. Huang, J. Phys. Chem. C, 2013, 117, 5800-5810. [97] G. Vilé, S. Colussi, F. Krumeich, A. Trovarelli, J. Perez-Ramirez, Angew. Chem. Int. Ed., 2014, 53, 12069-72. [98] M. Wilde, K. Fukutani, W. Ludwig, B. Brandt, J. H. Fischer, S. Schauermann, H. J. Freund, Angew. Chem. Int. Ed., 2008, 47, 9289-93. [99] K. V. Kovtunov, D. A. Barskiy, O. G. Salnikov, A. K. Khudorozhkov, V. I. Bukhtiyarov, I. P. Prosvirin, I. V. Koptyug, Chem. Commun., 2014, 50, 875-8. [100] E. W. Zhao, H. Zheng, R. Zhou, H. E. Hagelin-Weaver, C. R. Bowers, Angew. Chem. Int. Ed., 2015, 54, 14270-5. [101] E. W. Zhao, Y. Xin, H. E. Hagelin-Weaver, C. R. Bowers, ChemCatChem, 2016, 8, 2197-2201. [102] G. Vilé, P. Dähler, J. Vecchietti, M. Baltanás, S. Collins, M. Calatayud, A. Bonivardi, J. Pérez-Ramírez, J. Catal., 2015, 324, 69-78. [103] R. Mas-Ballesté, A. Lledós, In:Comprehensive Inorganic Chemistry II (Second Edition), J. Reedijk, K. Poeppelmeier, Eds. Elsevier:Amsterdam, 2013, 727-766. [104] E. N. Gribov, S. Bertarione, D. Scarano, C. Lamberti, G. Spoto, A. Zecchina, J. Phys. Chem. B, 2004, 108, 16174-16186. [105] J. Joubert, A. Salameh, V. Krakoviack, F. Delbecq, P. Sautet, C. Copéret, J. M. Basset, J. Phys. Chem. B, 2006, 110, 23944-23950. [106] M. Menetrey, A. Markovits, C. Minot, Surf. Sci., 2003, 524, 49-62. [107] X.-P. Wu, X.-Q. Gong, G. Lu, Phys. Chem. Chem. Phys., 2015, 17, 3544-3549. [108] M. B. Watkins, A. S. Foster, A. L. Shluger, J. Phys. Chem. C, 2007, 111, 15337-15341. [109] W. Zhang, X.-L. Ma, H. Xiao, M. Lei, J. Li, J. Phys. Chem. C, 2019, 123, 11763-11771. [110] M. Nolan, J. Mater. Chem., 2011, 21, 9160-9168. [111] A. B. Kehoe, D. O. Scanlon, G. W. Watson, Chem. Mater., 2011, 23, 4464-4468. |
[1] | 石靖, 郭煜华, 谢飞, 章名田, 张洪涛. 氧化还原活性配体的电子效应对钌催化水氧化反应的影响[J]. 催化学报, 2023, 52(9): 271-279. |
[2] | 孙嘉辰, 陈赛, 付东龙, 王伟, 王显辉, 孙国栋, 裴春雷, 赵志坚, 巩金龙. 氧扩散与表面反应在VOx-Ce1‒xZrxO2催化丙烷脱氢反应中的影响[J]. 催化学报, 2023, 52(9): 217-227. |
[3] | 李晓娟, 祁明雨, 李婧宇, 谭昌龙, 唐紫蓉, 徐艺军. PdS修饰的ZnIn2S4复合材料用于可见光催化硫醇偶联制备二硫化物同时产氢[J]. 催化学报, 2023, 51(8): 55-65. |
[4] | 邵秀丽, 李可, 李静萍, 程强, 王国宏, 王楷. 揭示NiS@Ta2O5纳米纤维中梯型电荷转移路径及光催化CO2转化性能[J]. 催化学报, 2023, 51(8): 193-203. |
[5] | 刘海峰, 黄祥, 陈加藏. 电子态调控促进氢气无损耗纯化中CO的光致富集和氧化[J]. 催化学报, 2023, 51(8): 49-54. |
[6] | 袁鑫, 范海滨, 刘杰, 覃龙州, 王剑, 段秀, 邱江凯, 郭凯. 连续流技术在光氧化还原催化转化的最新进展[J]. 催化学报, 2023, 50(7): 175-194. |
[7] | 王元男, 王立娜, 张可新, 徐靖尧, 武倩楠, 谢周兵, 安伟, 梁宵, 邹晓新. 钙钛矿氧化物在水裂解反应中的电催化研究[J]. 催化学报, 2023, 50(7): 109-125. |
[8] | 张丽丽, 李雨杭, 郭镇宇, 李艳涛, 李埝, 李伟鹏, 朱成建, 谢劲. 光催化酰基自由基与缺电子1,3-二烯的选择性1,6-加成反应实现羧酸的脱氧烯丙基化[J]. 催化学报, 2023, 50(7): 215-221. |
[9] | 刘诗瑶, 巩玉同, 杨晓, 张楠楠, 刘会斌, 梁长海, 陈霄. 具有富电子镍位点的耐酸金属间化合物CaNi2Si2催化剂用于不饱和有机酸酐/酸的水相加氢[J]. 催化学报, 2023, 50(7): 260-272. |
[10] | 夏思源, 李奇远, 张仕楠, 许冬, 林秀, 孙露菡, 许景三, 陈接胜, 李国栋, 李新昊. Pd纳米立方体异质结尺寸依赖的电子界面效应对苯酚加氢反应的促进作用[J]. 催化学报, 2023, 49(6): 180-187. |
[11] | 米金星, 陈孝平, 丁亚军, 张良柱, 马军, 康辉, 吴籼虹, 刘岳峰, 陈建军, 吴忠帅. 活化高熵氧化物中部分金属位点显著增强热催化和电催化[J]. 催化学报, 2023, 48(5): 235-246. |
[12] | Enara Fernandez, Laura Santamaria, Irati García, Maider Amutio, Maite Artetxe, Gartzen Lopez, Javier Bilbao, Martin Olazar. 不同固定床位置生物质热解挥发物蒸汽催化重整反应中焦炭的形成和演化[J]. 催化学报, 2023, 48(5): 101-116. |
[13] | 张锋伟, 郭河芳, 刘萌萌, 赵阳, 洪峰, 李静静, 董正平, 乔波涛. 表面应力介导的碳基Pt纳米催化剂用于硝基芳烃的高选择性加氢[J]. 催化学报, 2023, 48(5): 195-204. |
[14] | 曾严, 王慧, 杨惠茹, 隽超, 李丹, 温晓东, 张帆, 邹吉军, 彭冲, 胡常伟. 镍纳米粒子耦合氧空位高效催化转化棕榈酸制备烷烃[J]. 催化学报, 2023, 47(4): 229-242. |
[15] | 刘丹卿, 张丙兴, 赵国强, 陈建, 潘洪革, 孙文平. 原位电化学扫描探针显微镜技术在电催化领域的应用进展[J]. 催化学报, 2023, 47(4): 93-120. |
阅读次数 | ||||||
全文 |
|
|||||
摘要 |
|
|||||