不同形貌金屬氧化物催化劑制備及CO變換反應(yīng)性能研究.pdf

1、以質(zhì)子交換膜燃料電池應(yīng)用為背景，研究制備CO變換率高且制氫效率好的變換催化劑為目的，對(duì)Cu/CeO2催化劑進(jìn)行了系統(tǒng)研究，考察了CeO2形貌、不同活性組分及其負(fù)載量等對(duì)CO變換反應(yīng)的影響。初步探討了小分子氣體輔助合成ZrO2載體在Cu/ZrO2催化劑中的作用。
　　首先，成功制備出了八面體、棒狀和立方塊三種不同形貌的CeO2材料，評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)純CeO2材料CO變換活性較低（實(shí)驗(yàn)條件下CO變換率不超過(guò)8％）且無(wú)差異。繼而負(fù)載Cu，以

2、5％Cu/CeO2催化劑為例獲得的對(duì)比實(shí)驗(yàn)表明:負(fù)載后CO最高轉(zhuǎn)化率可達(dá)91％，當(dāng)溫度超過(guò)350℃后，八面體與棒狀催化劑上的變換反已接近平衡。其中，八面體形貌的Cu/CeO2催化劑具有最好變換催化性能，棒狀次之，立方塊最差。表征結(jié)果表明八面體CeO2粒徑最小;八面體Cu/CeO2催化劑中Cu/Ce間作用力最強(qiáng)，CuO分散最好，小尺寸銅物種含量最多，且具有更多的Cu+物種和表面化學(xué)吸附氧。眾多因素綜合作用下，使得八面體Cu/CeO2催化劑

3、CO變換催化性能最好。
　　接著，以八面體CeO2為載體，探索活性組分對(duì)催化劑性能的影響。發(fā)現(xiàn)10％為Cu/CeO2催化劑最佳負(fù)載量。表征結(jié)果表明:10％負(fù)載時(shí)，CuO仍為高分散態(tài)，負(fù)載量繼續(xù)增加，催化劑上出現(xiàn)晶相CuO。10％Cu/CeO2催化劑Cu/Ce間作用力最強(qiáng)且具有較多表面化學(xué)吸附氧和氧空位。In-situ DRIFTS實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步揭示了單齒碳酸鹽和多齒碳酸鹽可能是Cu/CeO2催化劑低溫變換反應(yīng)的關(guān)鍵物種，而催化劑表面甲

4、酸鹽可能是高溫條件下的關(guān)鍵物種。CeO2上負(fù)載Co和Ni元素后盡管CO轉(zhuǎn)化率有所提升，但甲烷化副反應(yīng)加劇。其中，Ni元素甲烷化效果更為明顯，不適宜用作CeO2基變換催化劑添加成分。綜合制氫和CO脫除兩方面效率，雙金屬負(fù)載的Cu-Co/CeO2催化劑最佳，CO轉(zhuǎn)化率為96％，甲烷選擇性為1％。
　　最后，引入CO和H2小分子氣體，導(dǎo)向合成出不同條件下的ZrO2材料，進(jìn)而制備出Cu/ZrO2-None、Cu/ZrO2-CO和Cu/Zr