负载型钯催化剂广泛用于CH₄的完全燃烧，即将未燃烧的CH₄转化为CO₂和H₂O。在氧过量的甲烷燃烧过程中，Pd很容易被氧化成活性PdO相。先前关于载体对负载型Pd催化剂效率影响的研究表明，由于Pd和Al₂O₃之间的电荷转移改善了Pd粒子的氧化还原性能，使得Al₂O₃是CH₄燃烧最有效的载体之一。由于Al₂O₃存在于不同的晶相中，如γ，θ和α等，因此它们在水存在的情况下，对CH₄燃烧的影响有待进一步研究。此外，晶相产生的Al₂O₃表面Al³⁺中心和OH基团的差异可能会影响Pd/Al₂O₃催化剂与H₂O之间的相互作用。研究表明，配位不足的PdO(101)表面比配位良好的PdO(100)表面更有利于CH4燃烧。此外，Pd(101)在Pd颗粒中的比例取决于Pd颗粒的大小。然而，PdO(101)表面有可能被水强烈失活。因此，在存在H₂O的情况下，有必要研究Pd颗粒大小对CH₄燃烧的影响。

基于以上，日本名古屋大学Atsushi Satsuma报道了Pd/Al₂O₃催化剂中Pd粒径和Al₂O₃晶相对CH₄在水存在下燃烧的影响。

文章要点

1）X射线吸收精细结构（XAFS）结果表明，在CH₄燃烧过程中，Pd纳米粒子以PdO的形式存在于Al₂O₃载体上，而PdO的结晶度取决于Pd颗粒的大小。

2）X射线衍射（XRD）结果表明，粒径小于7 nm的非晶态PdO颗粒对CH₄的燃烧活性较低。相反，随着Pd粒径的增大，会形成较大的晶态PdO颗粒(>7 nm)，这对CH₄燃烧具有很高的活性。

3）通过比较不同晶相的影响，结果显示，Pd/α-Al₂O₃比Pd/γ-Al₂O₃和Pd/θ-Al₂O₃更能抵抗H₂O的失活。此外，根据H₂O程序升温脱附（TPD）和红外（IR）测量，由于α-Al₂O₃与γ-Al₂O₃和θ-Al₂O₃相比具有较强的疏水性，因此实现了OH/H₂O物种的快速可逆吸附/脱附，而对附近PdO物种的H₂O中毒作用有限。

Kazumasa Murata , et al, Methane Combustion over Pd/Al₂O₃ Catalysts in the Presence of Water: Effects of Pd Particle Size and Alumina Crystalline Phase, ACS Catal., 2020

DOI: 10.1021/acscatal.0c02050

https://doi.org/10.1021/acscatal.0c02050