$CuO_x/CeO_2$ is a promising catalyst for preferential CO oxidation, a method which selectively oxidizes CO in H2-rich fuel. However, there has rarely been systematic investigation for a fundamental understanding of catalytic systems due to the complexity of this process. In addition, an analysis of the catalytic properties of $CeO_2$ itself is very important because the lattice oxygen of $CeO_2$ directly participates in the oxidation reaction.
This research intends to elucidate the active site of CO and $H_2$ oxidation over $CuO_x/CeO_2$ systematically by clearly analyzing the role of ceria as a catalyst. For this purpose, the catalytic properties of rare-earth (RE) doped-$CeO_2$ (active support) and $CuO_x/CeO_2$ are investigated with regard to the individual and competitive oxidation of CO and $H_2$. With this strategy, it is found that the RE elements inhibit the oxidation reactivity of $CeO_2$ and that the high CO reactivity is attributed to the $CuO_x-CeO_2$ interface, with the oxidation reactivity of hydrogen very active on the $CeO_2$ surface. This is the first report to analyze the active sites of the $H_2$ oxidation over $CuO_x/CeO_2$, which, despite numerous related studies, has thus far remained ambiguous. The results here represent a more viable approach toward the systematic study of complex catalytic systems.
구리/세리아($CuO_x/CeO_2$)는 수소에 함유된 일산화탄소를 선택적으로 산화시키는 일산화탄소 선택적 산화반응의 유망한 촉매로써 그 연구가치가 매우 높으나, 해당 촉매시스템의 복잡성으로 인해 반응 활성점에 대한 체계적인 연구가 매우 드물다. 더불어 세리아는 격자의 산소가 직접적으로 산화반응에 참여하기에, 그 자체의 촉매특성 분석이 매우 중요하다.
본 연구는 세리아의 촉매 역할을 명확히 분석하여 구리/세리아 촉매의 수소-일산화탄소 반응활성점을 체계적으로 규명하기 위함으로써, 수소-일산화탄소의 개별/경쟁 산화반응에 대한 촉매반응성을 희토류금속 도핑된 세리아와 구리/세리아에 대해서 각각 분석하였다. 이를 통해 희토류 금속은 세리아의 산화반응성을 저해시키며, 높은 일산화탄소 반응성은 구리-세리아 계면에서 기인하고 수소의 산화반응성은 세리아 표면에서 매우 활발함을 발견하였다. 본 연구를 통해 수많은 관련 연구에도 그 결과가 모호하였던 수소산화반응 활성점을 최초로 분석하였으며, 복잡한 촉매시스템의 체계적인 연구를 위한 접근법을 제시하였다.
