In situ pyrolysis of Ce-MOF to prepare CeO2 catalyst with obviously improved catalytic performance for toluene combustion

催化作用 甲苯 热解 介孔材料 燃烧 化学工程 X射线光电子能谱 比表面积 材料科学 氧气 催化燃烧 无机化学 核化学 化学 有机化学 工程类
作者
Xi Chen,Xi Chen,Enqi Yu,Songcai Cai,Hongpeng Jia,Jing Chen,Peng Liang
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:344: 469-479 被引量:549
标识
DOI:10.1016/j.cej.2018.03.091
摘要

Mesoporous CeO2 catalysts (CeO2-MOF) were synthesized by pyrolysis of Ce-MOF precursor (Ce-(1,3,5-benzenetricarboxylic acid) (H2O)6). Physicochemical properties of the samples were investigated by means of various techniques including XRD, SEM, TEM, BET, Raman, XPS, H2-TPR, O2-TPD and NH3-TPD, and their catalytic performance were evaluated by toluene combustion compared with commercial CeO2 (CeO2-C) and CeO2 prepared by precipitation method (CeO2-P). The results show that CeO2-MOF/350 catalyst (pyrolyzed at 350 °C) presents enhanced catalytic activity for toluene oxidation with the conversion of T10%, T50% and T90% at 180, 211, and 223 °C, respectively (SV = 20,000 mL/(g h), toluene concentration = 1000 ppm). Especially for high-temperature region, CeO2-MOF/350 catalyst displays much superior ability to rapidly reach to 100% conversion compared to CeO2-C and CeO2-P catalysts which usually result in a much broader temperature region to achieve complete conversion of toluene. The high catalytic performance of CeO2-MOF/350 can be reasonably ascribed to a series of better properties, such as three-dimensional penetrating mesoporous channels, larger specific surface area, smaller average grain size, higher relative percentages of Ce3+/Ce4+ and OSur/OLatt, higher oxygen storage capacity, higher oxygen vacancy concentration, better low temperature reducibility, more active oxygen species and more acid sites. Furthermore, CeO2-MOF/350 catalyst presented excellent resistance to H2O deactivation and temperature change, and in situ DRIFTs study on CeO2-MOF/350 catalyst suggests that toluene degradation is proceeded in consecutive steps via rapid transformation to aldehydic and benzoate species to finally form CO2 and H2O.
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