【摘 要】
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在传统热催化材料的研究领域中, 光照技术已经得到了广泛的应用, 从而使传统热催化剂的催化反应活性和选择性得到优化. 然而, 在光热协同催化反应过程中, 光照因素对催化反应
【机 构】
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西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室, 四川成都610500, 中国西南石油大学材料科学与工程学院新能源材料及技术研究中心, 四川成都610500, 中国;卡尔斯鲁厄理工学院化学技术与高分子
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在传统热催化材料的研究领域中, 光照技术已经得到了广泛的应用, 从而使传统热催化剂的催化反应活性和选择性得到优化. 然而, 在光热协同催化反应过程中, 光照因素对催化反应过程的影响尚未得到很好地研究和理解. 本文通过浸渍法制得Pt/Al2O3催化剂, 并应用于光热协同催化CO2加氢反应. 结果证明, 在光热协同CO2加氢催化反应中, Pt/Al2O3催化剂表现出光热协同效应. 本文结合原位漫反射红外光谱(operando DRIFTS)和密度泛函理论计算(DFT)对光照因素对该催化反应过程的作用机制进行了进一步深入研究. 结果表明, CO气体分子从Pt纳米颗粒上的脱附过程为CO2加氢反应的重要步骤; CO气体分子在Pt纳米颗粒上脱附的位置包含台阶位置(Ptstep)和平台位置(Ptterrace). 结果表明, 反应过程中CO气体分子从Pt表面的脱附有利于催化剂暴露出Pt反应活性位点. 值得注意的是, 在光热协同催化CO2加氢反应过程中, 光照和温度因素对CO气体分子的脱附过程具有不同影响. 吸附能的计算结果证明, CO气体分子吸附在Ptstep和Ptterrace上的吸附能分别为-1.24和-1.43 eV. 由此可见, CO气体分子与Pt纳米颗粒上的Ptstep吸附位点之间相互作用更强. 在无光照作用的条件下对催化剂进行加热, CO气体分子更容易从Ptterrace吸附位点发生脱附; 但是在对应的温度下加入光照作用后, 吸附在Ptstep位点上的CO气体分子会先转移到Ptterrace吸附位点上, 随后脱附, 从而促进CO2加氢反应的进行.
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