CuO–CeO2–y对CO氧化的负载效应：一项结合实验与理论的研究

《The Journal of Physical Chemistry C》：Loading Effects of CuO–CeO2–y for CO Oxidation: A Combined Experimental and Theoretical Study

CuO/CeO2催化剂的Cu含量（0.5-2.0 wt%）对CO氧化性能的影响及水效应机制研究。采用浸渍法制备催化剂并表征其结构特性，发现水存在时0.75-1.0 wt% Cu的催化剂活性最佳，而高Cu含量（2.0 wt%）催化剂活性降低。DFT+U计算表明Cu掺杂CeO2表面吸附水分子形成羟基，促进CO氧化为CO2，但过量Cu会阻碍水分子吸附。实验验证了水在360℃时对0.75 CuCe催化剂的促进作用，而2 CuCe催化剂未表现出此效应。

　　

通过浸渍法制备了一系列具有不同铜含量（2 wt%、1 wt%、0.75 wt%和0.5 wt%）的CuO/CeO₂催化剂，并利用X射线衍射、N₂吸附/脱附、H₂-TPR、拉曼光谱和X射线光电子光谱等多种技术对其进行了表征。此外，还评估了这些催化剂在干湿两种条件下的CO氧化性能。在没有水的情况下，当铜含量从0.5%增加到0.75%时，T₁₀₀值呈下降趋势；而从0.75%增加到2.0 wt%时，该值趋于稳定。然而，加入水后，变化趋势出现了差异：在含有0.75–1.0 wt%铜的催化剂中，其催化活性最高，对应的T₁₀₀值最低。这些结果表明，在潮湿条件下过量的铜会对CO氧化产生不利影响，而在干燥条件下则起辅助作用。为探究可能的机制，采用了DFT + U方法研究了水分子在不同体系（包括掺铜和未掺铜的CeO₂）上的吸附行为。与CeO₂和CeO_{2–x相比，掺铜体系表现出更强的吸附水分子的能力，并可能形成两个羟基。研究发现，随后的CO吸附会与部分表面氧原子发生反应生成CO2，但反应所需的能量低于纯Cu/CeO2(111)表面。这些结果可以解释水对CO氧化的负面影响。不过，当CO吸附在羟基氧原子上时，会生成类似甲酸的物种；该物种可以分解生成CO2，从而显示出水的促进作用（这一点通过在360 °C的高温下对0.75 CuCe催化剂进行额外催化实验得到验证）。然而，2CuCe催化剂并未表现出水的促进效果，反而显示出明显的负载效应。本文提供了可用于进一步研究的基础数据。}