面向新能源的稀土催化材料研究进展.docx

背景介绍稀土元素包括原子序数在57'71之间的铜系元素，以及与曲系元素具有相似电子结构和化学性质的铳和钮。稀土元素具有未配对.If电子及丰宓的能级结构，这一特性决定/它们在用作催化剂或催化组分时具有独特的化学性质.自20世纪60年代中期以来，稀土催化材料已经在丁油催化裂化、汽车尾气净化、工业废气处理、固体氧化物惚料电池等领域实现商业化应用.文章亮点1.媒述了近年来含稀土元素的催化材料在生物质转化肥电催化反应'HAi新进展.包括甘油氧化、甲醇电氧化等反应。2,介绍了稀上元素提高催化反应性能的相关原因，3.讨论了稀土催化材料布设十和应用等方面面临的挑战.并对其未来的发展进行了展望内容简介1生物质转化中的应用化石燃料资源（如煤、石油和天然气）是能源和商业化学品的主要来源。生物质资源作为一种可再生资源，引起r人们的极大关注.1.1 甘油氧化反应生物柴油作为一种替代燃料，可以通过赭交换反应从生物质资源中生产出来.随着牛.物柒油的大量生产，甘油作为生物柴油生产中的主要副产品出现了较大的过剩.因此，寻找一种合适的方法来有效地利用和转化甘油是一个有效的选择，甘油是一种含有3个羟基的高功能分子，可以通过不同的转化途径转化为各种重要的、增值的化学品和中间体“在甘油的转化过程中，以O：为氧化剂的非均相催化辄化甘油反应备受关注，它能将甘油氧化成各种重要的衍生物（如酹、酮、浚酸等），广泛应用于化妆品、食品、医药等工业领域.然而,甘油的端羟基和仲羟基都可以被氧化，其中一些氧化产物又可以进一步氧化，导致甘油氧化具有多个途径和各种相应的轨化产物（见图1）。HOAOHHOIO-B-型基内制的nnHOOHJ2Uho,o,1_12UN乙醉酸Od）图I甘油选择性氧化生成衍生物的路径1.2 其他生物质转化稀土催化剂同样在其他生物质转化的反应中发挥出了关键的作用。例如，木课题组制备J'几类Au/CeO：负载型催化剂，并在无碱条件下时偷荀处氧化反应进行研究。通过实验发现3种不同形状的Cea载体（纳米棒、纳米立方体、纳米八面体）暴露不同的晶面AU与3种不I可晶面的载体之间的相互作用程度不I可.图2不同AuCe2催化剂上的他尚糖辄化反应示意图2电催化中的应用自21世纪初以来，稀土元素通过调节和提高各种电催化剂的催化性能来推动电催化技术的发展，在电催化领域受到越来越多的关注.稀土电催化剂在各种电催化领域都有广泛应用，包括醇氧化反应、析氢、析氧反应、氧还原反应等。2.1 砰氧化反应直接甲醉燃料电池(DMFC)具有体积能量密度高、甲醇来源丰富、环境友好等优点，被认为是便携式设备和电动汽车的一种很有前途的电源.贵金属(如Pt)与稀土纳米材料的协同作用也引起了越来越多的关注，目的是为了减少选金属的使用国：，改善催化剂的抗毒能力，稳定贵金属，进一步提W甲醇辄化反应(MOR)的催化活性和稳定性。2.2 氢析出(HER)及也析出反应(OER)氨气具有最高的燃烧焰以及相对较高的能量密度，被认为是一种新型清洁燃料.在许多制气方法中，电解水制狙具有温室气体零持放、能量转换效率高等独特优势，引起了研究者的关注。在析氢、析氧反应中，由于反应动力学较慢，需要选择合适的催化剂来提高反应速率。催化剂的吸附能是决定电解质溶液稳定性和转化效率的重要参数.2.3 氧还原反应氧还原反应(ORR)是聚合物电解膜燃料电池和可充电金属空气电池的两电子或四电子过程的重要阴极半反应,但其缓慢的动力学限制了输出功率。长期以来,伯一直被认为是活性最高的ORR电催化剂，但其价格昂贵、耐用性差等缺点推动了柏基电催化剂的改性和新型#员金属过渡金属基电催化剂的开发。最近的研究表明，通过加入稀土元素来调节各种电催化剂的结构和催化性能，可以有效提高电催化剂的活性。目前的报道集中于电催化剂合金化和在电催化剂上修饰辄化饰两种策略.2.4 其他电催化反应2.5 与展S!本文综述了稀土催化材料的研究进展及其在生物质转化和电催化中的应用。一般来说，稀土元素与其他金属合金化、稀土元素离子掺杂其他催化剂,或将稀土元素基化合物(如氧化物)与其他催化剂发合，是实现稀土元素与催化剂协同作用的：种有效途径。尽管稀土元米对催化材料的性能提升已经不断被证明，但研充者对稀土元素在催化中的作用和效果的认识还需进一步加强。新型稀土催化材料在设计及应用过程中仍有一些问题需耍被关注“稀上催化材料的开发在过去几年中正在迅速兴起，并因其优异的催化性能受到极大的关注，稀土催化材料的应用前毋非常诱人“我国稀土储量居世界之首,应该从科学和实际应用的角度出发,突破目前面临的问题和挑战，推进稀土催化材料的技术创新，实现稀土资源的高效利用，为我国催化领域的新进展做出贡献。