Metal-organic framework-derived one-dimensional Pd@CeO2 catalysts with enhanced activity for methane oxidation

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作者
Ming-Wei Wu,Meng Miao,Wenzhi Li,Xia Zhang,Lulu Zhang,Taimin Zhen,Yan Fu,Jingting Jin,Liang Yuan
出处
期刊:Fuel [Elsevier BV]
卷期号:331: 125575-125575 被引量:24
标识
DOI:10.1016/j.fuel.2022.125575
摘要

The interfacial structure in heterogeneous catalysis is important for effective and sequential methane oxidation due to its unique electronic structure. Here, we propose a facile strategy to fabricate a unique 1D [email protected]2-BDC catalyst from a corresponding [email protected] bimetallic metal − organic frameworks (MOFs) nanostructure through thermal progress. By combining analysis of XRD, Raman, TEM, HRTEM and XPS results, the 1D mesoporous [email protected]2-BDC catalysts were rich in oxygen vacancies, and the Pd species were uniformly distributed on CeO2 (1 1 0) surface in the form of small PdO clusters and PdxCe1-xO2-σ species. By reason of intense metal support interaction in the MOF skeleton, partial Pd atoms supersede Ce4+ in CeO2 lattice, which can significantly impact the catalyst's structure and electronic properties. H2-TPR and O2-TPD revealed that the aliovalent-substituted of Pd and Ce can greatly expedite the formation of active oxygen species and improve the redox properties, therefore stimulating an extraordinary catalytic properties for methane combustion. At a high space velocity of 60,000 mLg-1h−1, the 1 % [email protected]2-BDC catalyst achieved excellent catalytic performance with 90 % methane purification at 342 °C. More importantly, in situ DRIFTS and density functional theory (DFT) calculations were conducted to establish the structure–activity relationship and reveal the reaction mechanism, proving that the excellent reactivity of MOF-derived catalysts can be attributed to lower energy barriers for methane activation on the reconstructed surfaces than surface adsorbed PdO. The present development for MOF-derived catalysts provides a new horizon for the construction of lean methane combustion catalysts.
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