ZnO納米線負載貴金屬催化劑的制備及結構與氣相催化性能研究.pdf

1、催化在現代化學化工領域中占有極其重要的地位，納米材料由于具有尺寸小、比表面積大、表面原子和活性中心數目多等特點廣泛應用于催化領域。納米催化劑的設計與制備是多相催化的核心問題之一，若能針對目前某些傳統(tǒng)納米催化劑存在的結構單一、熱穩(wěn)定性差等問題制備具有特殊結構的新型催化材料，不僅能顯著提高反應效率，也對多相催化機制的研究有重要意義。
　　為獲得具有高活性高穩(wěn)定性負載型催化體系，并研究不同形貌氧化鋅載體對催化劑催化性能的影響，本研究采用

2、表面結構規(guī)整統(tǒng)一的氧化鋅納米線為載體，以濕化學方法合成了氧化鋅納米線負載貴金屬催化體系。通過調控負載金屬與氧化鋅納米線載體之間的界面結構，使負載金屬/合金納米粒子固定在載體表面，制備了一系列在一氧化碳氧化、水煤氣變換和甲醇水蒸氣重整反應中具有高活性高穩(wěn)定性負載貴金屬催化體系。
　　采用氧化鋅納米線為載體制備Au/ZnO納米線催化體系，考察了其在一氧化碳氧化反應中的催化活性和穩(wěn)定性。結果表明，制備方法、反應液pH值、反應溫度和金負載

3、量對催化劑的活性有重要影響。Au/ZnO納米線催化劑在經過適當的氧化處理后（~400 ℃），金納米粒子與氧化鋅納米線之間可以形成外延生長的界面關系，該催化體系在空氣中經600 ℃高溫焙燒后仍具有較高的催化活性，相比于Au/ZnO粉末催化劑具有更加優(yōu)異的耐儲存性、抗燒結性和反應穩(wěn)定性。
　　采用氧化鋅納米線和氧化鋅粉末為載體制備Pt/ZnO催化體系，考察了焙燒和還原后處理對不同形貌氧化鋅負載鉑催化劑在水煤氣變換反應中催化活性的影響。

4、結果表明，300 ℃還原后的Pt/ZnO催化劑活性最高，這是由于適當的還原后處理促進了負載金屬與載體之間的相互作用，催化劑表面形成的PtZn合金納米粒子在水煤氣變換反應中具有較高的催化活性。當還原溫度過高時（~650 ℃），由于金屬與載體強相互作用，部分氧化鋅載體遷移至催化劑表面，掩埋活性位點，導致催化劑活性大幅度降低。Pt/ZnO納米線催化劑在經過適當的還原處理后（~500 ℃），PtZn納米粒子與氧化鋅納米線之間同樣可以形成外延生長

5、關系，與未形成外延生長界面關系的Pt/ZnO納米線催化劑相比，其在高溫水煤氣變換反應中具有更優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性和反應穩(wěn)定性。在催化反應過程中均未探測到其它副產物的生成，Pt/ZnO催化劑的CO2選擇性達到100％。
　　考察了氧化鋅納米線負載不同金屬以及不同氧化物載體負載鈀催化體系在甲醇水蒸氣重整反應中的催化性能。結果表明，采用氧化鋅粉末和氧化鋅納米線為載體制備的負載鈀催化劑在反應中具有較高的甲醇轉化率和較低的CO選擇性。當金屬負載

6、量較低時（<5wt%），Pd/ZnO催化劑表面主要形成PdxZny（x>y）合金，由于結構穩(wěn)定的PdxZny（x=y）合金更易在ZnO{0001}極性晶面上形成，因而低負載量的Pd/ZnO納米線催化劑的CO選擇性較高。提高金屬負載量和還原溫度有利于將PdxZny（x>y）合金轉化為PdxZny（x=y）合金。Pd/ZnO納米線催化劑經過適當的還原處理后，PdZn納米粒子與氧化鋅納米線之間形成的外延生長界面關系使其具有更優(yōu)異的反應穩(wěn)定性。

7、
　　本研究利用N2吸附脫附測試、熱失重分析、X射線衍射、X射線光電子能譜、掃描電鏡和透射電鏡等測試手段對氧化鋅納米線負載貴金屬催化體系的結構進行表征，并與其催化性能進行關聯。采用球差校正高分辨透射電鏡表征技術（AC-STEM）對催化體系中負載納米粒子與載體之間的界面結構進行精細分析，對其超常的催化穩(wěn)定性尋求理論解釋。研究結果表明，由于氧化鋅納米線暴露規(guī)整統(tǒng)一的ZnO{10-10}非極性晶面，負載金屬/合金納米粒子經過適當的后處理