北京工业大学孙再成/曲丹Small Stuctures综述：“铈”目以待----一氧化碳催化氧化

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2020-11-25

导读：本公号文献全部由作者自解读，欢迎投稿！第一作者：董晨曦通讯作者：曲丹教授，孙再成教授通讯单位：北京工业大学D

本公号文献全部由作者自解读，欢迎投稿！

第一作者：董晨曦

通讯作者：曲丹教授，孙再成教授

通讯单位：北京工业大学

DOI：10.1002/sstr.202000081

摘要

北京工业大学孙再成课题组总结了铈基材料在一氧化碳催化氧化领域的新进展以及提高铈基材料CO氧化活性的策略。CeO2具有良好的储释氧能力并且Ce³⁺/Ce⁴⁺易于转化，因此CeO2被广泛用于CO催化氧化领域。综述中主要总结了最近几年通过金属的负载，调控CeO2的晶面以及金属掺杂提高铈基材料低温CO催化氧化性能的方法。

关键词：铈，CO催化氧化，低温

分类：环境；能源；纳米

研究背景

CO是由于含碳物质不完全燃烧而产生的一种有毒气体,无色、无臭、无刺激性。在日常生活中,汽车尾气、煤气、吸烟很常见, CO的来源主要为人为原因,汽车发动机、炼钢炼铁炉、煤气发生站、采暖锅炉、炉灶、固体废弃物的焚烧都会导致一氧化碳气体的排出。正是因为如此常见的排出来源,一氧化碳可以说成是排放量最大的大气污染物。CO随空气进入人体的肺泡并进入血循环,与血液中的血红蛋白生成碳氧血红蛋白,比氧气与血红蛋白的结合力强很多,这势必减弱红细胞携氧能力,引起血液缺氧,影响呼吸以及心脏、大脑功能,对人体健康非常不利。因此，采取有效手段高效降低CO污染对环境清洁和人类健康具有重要意义。

CO催化氧化是目前治理CO污染最常用且有效的手段之一，CeO2由于其具有较高的储释氧能力以及氧迁移能力被广泛应用于CO催化氧化领域。CeO2优秀的催化活性源于其具有独特且较强的电子局域化特性的Ce 4f轨道，使得氧化铈具有较高的储释氧能力；其优越的氧化还原性能源于Ce³⁺和Ce⁴⁺之间易于转化与表面/结构缺陷的形成和湮灭，这使得CeO2在缺氧条件下可以释放氧，在富氧条件下可以储存氧，但是CeO2的热稳定性较差，高温下易烧结，而且对于单独的CeO2来说低温CO的催化氧化性能亟需进一步提高。

成果简介

北京工业大学孙再成课题组总结了最近几年关于铈基材料在一氧化碳氧化领域的应用以及提高铈基材料CO氧化活性的策略。基于金属的负载，调控氧化铈暴露的晶面，以及金属掺杂等三个方面梳理归纳：

I、金属的负载：贵金属负载型催化剂，非贵金属负载型催化剂，以及单原子催化剂。通过金属的负载可以增加CO在催化剂表面反应的活性位点，并且与催化剂载体表面形成金属-载体间的相互作用，此外催化活性也取决于负载金属的固有性质、价态、尺寸以及存在形式（纳米颗粒，纳米团簇，单原子）。

II、氧化铈暴露的晶面的调控：不同的形貌通常代表纳米晶体具有不同的表面原子排列、电子密度。通过调整CeO2的形貌，可以选择性地暴露高反应活性面，从而调节金属或反应气体与CeO2晶面之间的相互作用。

III、金属掺杂：在CeO2中掺入金属可以调节铈基催化剂中的氧空位浓度或改变催化剂的粒径。掺杂型铈基催化剂的活性取决于掺杂剂的性质、掺杂量、表面氧空位的浓度以及掺杂金属与CeO2之间的相互作用。

相关文章发表在Small Stuctures上，第一作者是北京工业大学硕士研究生董晨曦，通讯作者是曲丹教授和孙再成教授。

作者简介

孙再成，北京工业大学教授，博士生导师。曾获得美国R&D 100 奖，入选中科院“百人计划”，吉林省创新创业人才，北京市高层次人才。中科院优秀研究生导师，光学工程学会全国优博导师，MRS Bulletin客座编辑。先后承担多项国家自然基金面上项目，吉林省和北京市重点项目等项目。多次组织美国材料研究协会年会（MRS Spring Meeting）的分会，在国际会议上做大会报告和分会邀请报告20余次；发表SCI论文130余篇，引用超过6000次，H-index 为38, 其中ESI高被引论文11篇。获得授权中国专利9项，美国专利2项。研究工作曾多次被“中国科学报”报道。

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