加热和光照条件下Ru/TiO2催化二氧化碳甲烷化研究

摘要

本研究利用浸渍法制备了Ru/TiO2催化剂,并在光照和加热两种条件下考察了其催化二氧化碳与氢的反应,发现催化剂在两种条件下均可引发显著的甲烷化反应(CO2+4H2 → CH4+2H2O).结果显示,在光照和加热(150～350℃)条件下,CH4为唯一含C产物.而在更高温度的加热条件下(＞400℃)除了生成CH4外,还产生少量CO副产物,表明反应温度对产物选择性有显著影响.随着反应温度由150℃升高到550℃,对于不同负载量的担载Ru催化剂,CO2转化率均先增加后降低,其中在Ru担载量为1.5wt％Ru/TiO2催化剂上CO2转化率在350℃时达到最高,为77.58％.而在温度＞400℃条件下,CO的选择性也随反应温度的升高而逐渐增加.综合反应结果和XRD、XPS和N2吸附-脱附等表征结果,发现二氧化碳与氢在光照和加热条件下(150～550℃)反应机制不同.在光照条件下,光激发电子首先被金属Ru捕获,进而将吸附在金属Ru上的二氧化碳还原,活性物种经由RuC中间体形成CH4.而加热条件下(150～550℃),H2先被Ru活化成氢原子,氢原子还原吸附在催化剂表面的CO2形成RuC中间体,最后RuC中间体进一步加氢生成CH4.虽然在两种反应条件下经历相同的中间体,但是中间体的形成路径不同,即反应物CO2被活化的方式不同,因而产物选择性不同.