In situ spectroscopic analysis of active site of CO2 hydrogenation catalysts

CO2加氢催化剂活性位点的原位光谱分析

• 批准号: 19F19807
• 负责人: 清水 研一
• 金额: $ 0.7万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-11-08 至 2021-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19F19807/
• 关键词: 逆水性ガスシフト; 二酸化炭素; 白金; 触媒

逆水性ガスシフト(RWGS)反応は, 工業的な合成ガス製造法である．本反応に有効な触媒開発における課題は, 低温域におけるCO生成速度の向上と副生成物としてのCH4の生成抑制である．我々の研究グループでは，TiO2担持MoOx担体にPtを担持した触媒(Pt/MoOx/TiO2)が様々な水素化反応に有効であることを報告してきた．本研究ではこのPt/MoOx/TiO2触媒がRWGS反応にも有効であることを見出した．担体であるMoO3(10)/TiO2 (Mo = 10 wt%)は，(NH4)6Mo7O24・4H2O 及びTiO2を前駆体として含浸法により調製した．Ptの担持は，Pt(NH3)2(NO3)2硝酸水溶液を用いてPt担持量が3 wt%となるように含浸法で行った．石英反応管に触媒50 mgを充填し，前処理をH2雰囲気下300 °Cで0.5 h行った．反応ガス組成は (H2/CO2/He/N2 = 40/10/40/5 mL/min)とし，反応温度250 °Cで活性測定を行った．生成物はTCD-GCを用いて分析した．MoO3(10)/TiO2とPt(3)/MoOx(10)/TiO2のHAADF-STEM観察から，MoOx種は粒子を形成せず, TiO2上に高分散に分布していることが明らかになった．Ptは，MoO3種に被覆された担体上に平均粒子径2.6 nmのナノ粒子として担持されていた．RWGS反応の活性試験を行った結果，Pt/MoOx(10)/TiO2触媒が最も活性が高いことが分かった．In situ Mo K殻 XANES測定によりMoOx種の酸化還元を研究中である. 予備実験より、Pt(3)/MoOx(10)/TiO2触媒にCO2を導入すると，XANESは高エネルギー側へシフトした．これは, MoOx種がCO2により酸化されることを示している.

逆水煤气变换（RWGS）反应是一种工业合成气生产方法。开发对该反应有效的催化剂的挑战是提高低温下 CO 的生成速率并抑制副产物 CH4 的生成。我们的研究小组报道了一种将 Pt 负载在 TiO2 负载的 MoOx 载体上的催化剂 (Pt/MoOx/TiO2) 对于各种加氢反应都有效。在这项研究中，我们发现这种 Pt/MoOx/TiO2 催化剂对于 RWGS 反应也有效。载体MoO3(10)/TiO2 (Mo = 10 wt%)是以(NH4)6Mo7O24·4H2O和TiO2为前驱体通过浸渍法制备的。使用Pt(NH 3 ) 2 (NO 3 ) 2 硝酸水溶液通过浸渍法负载Pt，使得负载的Pt量为3wt％。石英反应管中装有50mg催化剂，在H2气氛中于300℃预处理0.5h。反应气体组成为(H2/CO2/He/N2=40/10/40/5mL/min)，在250℃的反应温度下测量活性。使用TCD-GC分析产物。 MoO3(10)/TiO2 和 Pt(3)/MoOx(10)/TiO2 的 HAADF-STEM 观察表明，MoOx 物质不形成颗粒，而是高度分散在 TiO2 上 ． Pt 以平均粒径为 2.6 nm 的纳米颗粒形式负载在涂有 MoO3 物质的载体上。 RWGS反应活性测试结果发现Pt/MoOx(10)/TiO2催化剂具有最高的活性。我们目前正在使用原位 Mo K 壳 XANES 测量研究 MoOx 物质的氧化还原，初步实验表明，当将 CO2 引入 Pt(3)/MoOx(10)/TiO2 催化剂时，XANES 转移到更高能量的一侧。这表明 MoOx 物质被 CO2 氧化。