La掺杂调控VOx /Ce1-x Lax O2-δ 纳米棒催化剂氧空位缺陷实现甲醇高效选择性氧化脱氢制二甲氧基甲烷

为解决柴油添加剂PODE3-5 关键前体DMM低温合成效率低的难题，研究人员通过La掺杂构建非对称氧空位（La–Vo–(Ce)3 ），开发出VOx /Ce0.8 La0.2 O2-δ 纳米棒催化剂，在200°C实现81%甲醇转化率和95% DMM选择性，为清洁燃料生产提供新策略。

　　

随着柴油消费量激增，其尾气中的氮氧化物(NO_x
)和颗粒物对人类健康及环境造成严重威胁。聚甲醛二甲醚(PODE_3-5
)作为新兴柴油添加剂，其关键前体二甲氧基甲烷(DMM)的绿色合成成为研究热点。然而现有催化剂在低温下普遍存在甲醇转化率与DMM选择性难以兼得的瓶颈，这主要源于传统催化剂氧空位调控不足及活性位点效率低下。

针对这一挑战，中国某高校团队在《Journal of Catalysis》发表研究，通过La³⁺
掺杂诱导CeO₂
纳米棒形成非对称氧空位，构建出高效VO_x
/Ce_1-x
La_x
O_2-δ
催化剂。该工作创新性地揭示氧空位局部化学环境对催化性能的决定性作用，在200°C常压条件下实现81%甲醇转化率和95% DMM选择性的突破，为清洁燃料分子定向合成提供新思路。

研究采用水热法合成不同形貌CeO₂
载体，通过X射线吸收精细结构谱(XANES)和近常压X射线光电子能谱(NAP XPS)分析氧空位特性，结合原位红外光谱追踪甲醇吸附过程。固定床反应器评价显示纳米棒载体性能最优，La掺杂量x=0.2时达到峰值活性。

催化剂形貌
透射电镜(TEM)证实La掺杂保持CeO₂
纳米棒结构，但当La含量x=0.3时出现La₂
O₃
杂相。高分辨电镜(HRTEM)显示VO_x
均匀分散在Ce_0.7
La_0.3
O_2-δ
表面晶格中。

氧空位作用机制
密度泛函理论(DFT)计算表明V–O–Ce界面位点主导甲醇吸附活化。拉曼光谱检测到470 cm^-1
处氧空位特征峰，La掺杂使峰强增加3倍。同位素示踪实验证实非对称氧空位(La–Vo–(Ce)₃
)可同时加速O–H键断裂和表面氧物种再生。

催化性能
对比实验显示VO_x
/Ce_0.8
La_0.2
O_2-δ
的TOF值达2.7×10^-3
s^-1
，较未掺杂样品提升4倍。程序升温还原(TPR)证实La掺杂使还原峰温度降低85°C，表明氧迁移能力增强。

该研究突破性地阐明氧空位几何构型对催化性能的调控规律：适度La掺杂形成的非对称氧空位不仅促进V⁵⁺
活性位再生，还通过降低C–H键活化能垒实现低温高效转化。这一发现为设计新一代环境友好型催化剂提供了理论依据，对推进"双碳"目标下的燃料清洁化改造具有重要实践意义。