α-Fe2O3形貌对Au/α-Fe2O3催化一氧化碳氧化反应性能的影响

摘要

负载型纳米金催化剂由于其独特的化学性质在一系列氧化反应中受到广泛关注.其中,一氧化碳氧化不仅在实际应用领域(如汽车尾气处理)发挥重要作用,而且作为一种理想的模型反应用以深入研究和理解催化剂的构效关系.为了获得高效的纳米金催化剂,我们需要把金负载到载体上,载体不仅为金的分散提供必要的表面,而且还会和金产生相互作用,这种金属-载体相互作用对金的氧化态,金颗粒大小及其热稳定性均有重要影响.金属氧化物是负载金最常用的载体.为了提高纳米金催化剂的性能,需要调变金属氧化物的性质.常用的策略是调控金属氧化物的组成、晶相以及晶粒大小.此外,对金属氧化物的形貌进行精细调控也是一种重要的方法,因为具有不同形貌的氧化物可能会暴露出不同的晶面,而且可能具有不同的缺陷位点.α-Fe2O3是一种热稳定性强而且对环境友好的载体,可是有关其形貌对负载金催化剂在一氧化碳氧化反应中性能影响的研究尚不充分.因此,本文采用水热法合成了具有纳米球和纳米棒两种形貌的氧化铁,并采用沉积-沉淀的方法将金纳米颗粒负载于其表面.高分辨透射电镜照片显示,和氧化铁纳米球(α-Fe2O3(S))相比,氧化铁纳米棒(α-Fe2O3(R))的表面更为粗糙,具有更多的缺陷位点.Au和α-Fe2O3(R)之间有更强的金属载体相互作用,导致纳米棒氧化铁上的金纳米颗粒更小而且多呈半球形.相比之下,纳米球氧化铁上的金纳米颗粒较大,多呈球形,且分布不均匀.反应结果表明,Au/α-Fe2O3(R)具有更高的一氧化碳氧化活性.对反应后的催化剂进行表征发现,Au/α-Fe2O3(R)上金颗粒烧结程度较低,平均粒径从1.5增至2.4 nm,而Au/α-Fe2O3(S)上金颗粒烧结较为严重,平均粒径从2.0 nm增加到4.0 nm.氢气程序升温还原结果表明,Au/α-Fe2O3(R)具有更强的还原性,这也促进了其催化活性的提高.