Facile Cr3+-Doping Strategy Dramatically Promoting Ru/CeO2 for Low-Temperature CO2 Methanation: Unraveling the Roles of Surface Oxygen Vacancies and Hydroxyl Groups

格式化 无机化学 催化作用 拉曼光谱 甲烷化 红外光谱学 吸附 化学 傅里叶变换红外光谱 化学工程 氧气 物理化学 有机化学 工程类 物理 光学
作者
Xianglan Xu,Li Liu,Yunyan Tong,Xiuzhong Fang,Junwei Xu,De‐en Jiang,Xiang Wang
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:11 (9): 5762-5775 被引量:237
标识
DOI:10.1021/acscatal.0c05468
摘要

Cr cation doping in the support of the Ru/CeO2 catalyst with a Cr/Ce molar ratio of 1:9 dramatically improved the CO2 methanation activity at low temperatures, with the turnover frequency value on Ru/Ce0.9Cr0.1Ox at 150 °C being 5.3 times higher than that on Ru/CeO2. X-ray diffraction and Raman spectroscopy results confirmed the Cr3+ doping in the lattice of the CeO2 support. Thus, more reactive surface oxygen formed on the Ce0.9Cr0.1Ox support, and the Ru/Ce0.9Cr0.1Ox catalyst contained more oxygen vacancies and hydroxyl groups during the reduction process than the Ru/CeO2 catalyst. In situ Fourier transform infrared spectroscopy and temperature-programed surface reaction revealed that CO2 methanation on both Ru/Ce0.9Cr0.1Ox and Ru/CeO2 catalysts followed the formate and CO* pathways, with the former being dominant at low temperatures. The formate pathway was identified, in which CO2 interacted with surface hydroxyl groups to produce adsorbed bicarbonates; then, the bicarbonates were further converted to formates, followed by the formation of CH4*. Cr3+ doping increased the number of surface oxygen vacancies and hydroxyl groups, thus increasing the amount of bicarbonates and formates. Consequently, Cr doping strongly promoted the formate pathway, greatly improving the activity of the Ru/Ce0.9Cr0.1Ox catalyst at low temperatures.
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