金属-掺杂氧化铈体系H_(2)/CO电化学反应机理研究进展

应用金属-稀土元素掺杂氧化铈阳极是固体氧化物燃料电池(SOFC)中低温化的重要策略之一。掺杂氧化铈自身的混合离子电子导体(MIEC)特性拓展了反应界面,也使得反应机理更为复杂。本文综述了金属-掺杂氧化铈体系H_(2)和CO的电化学氧化反应机理,指出在H_(2)电化学反应中类Ni/YSZ型H溢出机理占主导地位;对于CO电化学反应,结合在CO催化反应中主要的Marse-van Krevelen(MvK)机制和CO_(2)电化学还原反应逆过程,预测其电荷转移步骤主要发生在氧空位形成和CO_(2)形成反应。在MIEC型反应机理中,H_(2)氧化反应路径的主要区别在于H_(2)解离吸附位点的不同;而CO氧化反应路径根据吸附位点可分为与CeO_(2)晶格氧反应直接生成CO_(2)或者生成碳酸盐中间体,电荷转移步骤为碳酸盐形成和CO_(2)形成反应。综上,H_(2)电化学氧化以H溢出为主,CO电化学氧化的主导反应机理尚不明确,亟待深入研究。本文工作对明晰H_(2)和CO乃至H_(2)/CO混合燃料体系类Ni/YSZ型和MIEC型反应机理具有一定的指导意义。

Nb掺杂对CeO_(2)-SnO_(2)催化剂NH_(3)-SCR活性的促进作用

NH_(3)选择性催化还原(NH_(3)-SCR)是柴油车尾气NO_(x)净化的主流技术。将Nb引入CeO_(2)-SnO_(2)得到了一种新型的CeSnNbO_(x)金属氧化物催化剂,考察了Nb掺杂对催化剂结构、元素价态、活性位点、氧化还原性能、表面酸性和吸附性能的影响,并结合BET、XRD、XPS、H_(2)-TPR、NH_(3)-TPD和in situ DRIFTS等多种表征手段明确了Nb对该催化剂活性的促进作用。结果表明,Ce_(1)Sn_(2)Nb_(1O)_(x)催化剂表现出最佳活性,在温度为250~500℃时,达到接近100%的NO_(x)转化率。Nb掺杂改善了催化剂的比表面积和总孔体积,合理调控了催化剂表面酸性和氧化还原性能。此外,催化剂表面高度分散的Nb物种可能与Ce物种耦合形成新的Ce-O-Nb活性位点,有助于催化剂NH_(3)-SCR性能的提升。本研究可为开发高效Ce基氧化物催化剂提供参考。