钒促进介孔二氧化硅负载钌催化剂在CO2甲烷化中的协同效应与机理研究

《Applied Catalysis B-Environment and Energy》：Metal oxide-promoted mesoporous silica as support for Ru-based CO 2 methanation catalysts

本文系统研究了过渡金属（Ti、Zr、Nb、V）对介孔二氧化硅负载钌基CO2甲烷化催化剂的促进效应。通过气溶胶辅助溶胶-凝胶法制备的钒促进催化剂（Ru/V-SiO2）展现出独特优势，其通过Ru-V协同作用促进氢溢流（hydrogen spillover）并产生氧空位（oxygen vacancies），在250°C下甲烷生成速率较未促进催化剂提升8倍。原位DRUV-Vis、XANES和DRIFTS分析揭示了V5+还原与CO吸附修饰机制，为设计高效二氧化碳转化催化剂提供了新思路。

　　

章节亮点

4%金属氧化物促进二氧化硅载体及其对应钌催化剂的表征

通过AASG工艺制备了金属（Ti、Zr、V或Nb）促进的介孔SiO₂载体（促进剂负载量为4 mol%）。氮气物理吸附分析显示所有样品均呈现介孔材料的典型IV型等温线（图2a）。除4%V-SiO₂外，其他样品的孔径分布均显示存在2-10纳米范围的介孔。值得注意的是，钒促进的载体表现出更高的孔径均匀性和显著增强的比表面积，这为钌纳米颗粒的分散提供了更优越的基底。

结论

通过气溶胶辅助溶胶-凝胶法成功合成了具有高比表面积和大孔径的介孔金属氧化物促进二氧化硅材料（4%M-SiO₂，其中M = Ti、Zr、Nb或V）。XRD、DRUV-Vis和HAADF-STEM-EDS分析证实了促进剂元素在载体中的均匀分布。随后通过沉积预合成的RuO₂纳米颗粒制备了钌基催化剂。与未促进的Ru/SiO₂催化剂相比，钒促进的催化剂表现出卓越的CO₂甲烷化活性，这归因于Ru-V界面协同作用引发的氢溢流效应和氧空位动态生成机制。