A Novel Synergetic Effect Between Ru and CeO2 Nanoparticles Leads to Highly Efficient Photothermocatalytic CO2 Reduction by CH4 with Excellent Coking Resistance

离解(化学) 催化作用 纳米颗粒 氧气 吸附 分子 化学 光化学 辐照 化学工程 材料科学 纳米技术 物理化学 有机化学 物理 核物理学 工程类
作者
Zhiyuan Zhou,Yuanzhi Li,Qianqian Hu,Jichun Wu,Shaowen Wu,Zhenghai Xie
出处
期刊:Solar RRL [Wiley]
卷期号:6 (6) 被引量:20
标识
DOI:10.1002/solr.202101064
摘要

Highly efficient photothermocatalytic CO 2 reduction by CH 4 (CRM) on Ru/CeO 2 is realized by merely using focused UV–vis–IR irradiation. It shows very high production rates of H 2 and CO (57.37 and 65.79 mmol min −1 g −1 ), and a large light‐to‐fuel efficiency (30.6%), much higher than those of Ru/Al 2 O 3 . It also shows good catalytic durability and excellent coking resistance with an extremely low coke formation rate ( r C ), 30.6 times lower than that of Ru/Al 2 O 3 . This is attributed to a synergetic effect between Ru and CeO 2 nanoparticles. The formation of a Ru/CeO 2 interface promotes CH 4 dissociation on Ru nanoparticles. The produced carbon species is not only oxidized by the oxygen produced by CO 2 dissociation on Ru nanoparticles like Ru/Al 2 O 3 , but also by the active oxygen of CeO 2 . CO 2 molecules strongly adsorb on the resultant oxygen vacancies of CeO 2 , forming a CO 2 molecule fence around Ru nanoparticles, accelerate the oxidation of carbon species, thus improving catalytic activity and tremendously reducing r C . The photothermocatalytic CRM on Ru/CeO 2 follows a light‐driven thermocatalysis mechanism. A novel photoactivation is found to enhance the catalytic activity due to both CH 4 dissociation and the oxidation of carbon species being promoted upon light irradiation.
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