Platinum−Copper Bimetallic Nanoparticles Supported on TiO2 as Catalysts for Photo−thermal Catalytic

1. 文章信息

标题：Platinum−Copper Bimetallic Nanoparticles Supported on TiO2 as Catalysts for Photo−thermal Catalytic Toluene Combustion

页码：暂无，DOI：10.1021/acsanm.1c03429

 2. 文章链接

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsanm.1c03429

 3. 期刊信息

期刊名：ACS Applied Nano Materials

ISSN：2574-0970

2020年影响因子：5.097

分区信息：中科院2区；JCR分区（Q2）

涉及研究方向：材料科学

 4. 作者信息：第一作者是山东大学材料科学与工程学院硕士生齐园。通讯作者为山东大学王凤龙教授、刘久荣教授、吴涛研究员与蒋妍彦教授
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6. 文章简介：

      空气中挥发性有机化合物(VOCs)的显著增加造成了严重的环境污染和人类健康问题。在各种去除VOCs的方法中，气相光热催化被认为是一种有效的方法，它具有能耗低、转换效率高的优点。近年来，贵金属Pt基催化剂因其在低温下的优异催化性能而受到广泛的研究，但贵金属的稀缺性极大地限制了其实际应用。

因此，通过引入第二种丰量金属元素来降低贵金属的使用量，同时保持或提高催化性能成为解决这一问题的有效途径，逐渐受到了科研工作者的广泛关注。

本文通过调整Pt-Cu双金属的元素比例，探究了PtCu–TiO₂催化剂在光催化、热催化及光热协同催化过程中甲苯的降解情况。主要实验结论如下：

1）通过NaBH4一步还原法制备得到不同质量比的Pt–Cu/TiO2催化剂，用于流动体系中甲苯的催化降解。结构表征表明，金属纳米粒子尺寸在2–4 nm，均匀分布在锐钛矿型TiO2 (20 ~ 60 nm)表面。此外，高倍透射观察发现金属纳米颗粒的晶格条纹介于Pt(111)与Cu(111)之间，EDX元素面扫证明在双金属颗粒中，Pt与Cu均匀分布，从而证明了固溶体合金的形成。合金固溶体内部Pt元素与Cu元素有着较强的相互作用关系，从而能够有效调控金属的电子结构，对其与催化反应物、中间产物、产物的有着明显的调节作用。通过优化两种金属元素的相对含量，有望获取超过单独Pt元素存在的催化性能，基于此开展了一系列研究内容。

2）探究了不同质量比的Pt–Cu/TiO2催化剂对于光催化、热催化及光热催化降解甲苯的性能。在单独的热催化或光催化条件下，Pt与Cu质量比为4:1的催化剂（PT–4）表现出和纯Pt催化剂相近的性能。在光热耦合反应条件下，发现PT–4催化剂的甲苯降解性能超过了纯Pt催化剂，由此说明了PtCu合金催化剂的*性，甲苯–TPD实验表明PtCu催化剂相对纯Pt催化剂来说，能够吸附更多的反应物，具有更多的反应活性位点。

3）为了更系统的探究光与热的协同作用，以PT–4催化剂为例，比较了其在光照下和无光照条件下的催化性能。在光照射下，甲苯的转化率可以达到55%，但如果没有外界的热作为催化过程的驱动力，转化率就不能再提高。当温度达到110 ℃时，PT–4催化剂光热耦合催化降解甲苯的效率接近100%，而在同样温度下热催化降解甲苯的效率不到1%。这意味着低温去除甲苯既需要光照射，也需要外部加热。因此，光和热是催化过程中*的，由此证明了光照和外加热量在催化甲苯降解过程中具有协同作用。

希望本文所做的工作能为未来设计在温和条件下光热催化降解VOCs的高效双金属合金催化剂提供启发式指导。文章DOI : 10.1021/acsanm.1c03429，原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsanm.1c03429

                                                           光热催化降解甲苯原理示意图