CeO2担载的Cu和Pt催化剂上低碳含氧化合物完全氧化反应的研究

论文题目: CeO2担载的Cu和Pt催化剂上低碳含氧化合物完全氧化反应的研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 物理化学

作者: 唐晓兰

导师: 辛勤,申文杰

关键词: 含氧化合物完全氧化,调变多元醇法,氧化还原性

文献来源: 中国科学院研究生院（大连化学物理研究所）

发表年度: 2005

论文摘要: 因其高能量密度,低污染和低价格等特性,含氧化合物被认为是优良的可替代燃料,其氧化反应的研究受到日益重视。由于CeO2具有特定的氧化还原性能,表现出一定程度上的金属-载体相互作用,含CeO2材料的研究和应用得到迅猛发展。本论文以探索适用于几种含氧化合物氧化反应的CeO2担载的催化剂为主,考察了制备技术及催化性能与催化剂结构的相互关系。比较性地研究了Pt-Sn/CeO2双金属催化剂在乙醇完全氧化反应中的性能。CuO/CeO2 催化剂的CO 氧化反应活性有赖于制备方法和Cu 负载量。相互作用强度的变化影响催化剂的氧化还原能力,从而导致CO 氧化反应活性的差异。Cu 价态与还原温度有强依赖关系,随还原温度的升高,Cu 价态的变化经历Cu2+→Cu0→Cu+的变化。催化剂的预处理不仅促使活性金属价态的变化,而且也是活性金属的重新分散和与载体相互作用的过程,进而决定了催化反应的性能。提出CuO/CeO2体系中CO 氧化的反应路径,反应涉及Cu-CeO2界面反应。研究表明采用多元醇还原法制备的催化剂在DME 氧化,乙醇氧化和CO 选择氧化反应中比甲醛液相还原法制备的催化剂活性更高,稳定性更好。结果表明金属-载体相互作用和Pt 物种的分散是决定催化性能的关键性因素。还原剂的还原能力和溶剂效应可影响成核和粒子生长速率,Pt 粒径和Pt-CeO2相互作用可通过对这两个过程的调节而得到控制。Pt-Sn/CeO2 催化剂对乙醇完全氧化反应显示出优良的催化性能。适宜含量的Sn 的添加可明显改善双金属催化剂的催化活性;过多的Sn 会导致催化剂性能的降低。Pt 原子电子结构的改变和Pt-Sn 相互作用改变了活性位的结构和电子密度分布,故催化剂在乙醇氧化反应中的性能得到较大的提高。该研究结果对于乙醇汽油尾气处理和直接乙醇燃料电池有一定的应用参考价值。

论文目录:

摘要

ABSTRACT

第一章文献综述

1.1 前言

1.2 含氧化合物燃料的燃烧

1.3 VOCs 净化的研究

1.4 几种含氧化合物氧化基本过程及可能的机理

1.4.1 低碳醇氧化基本过程与可能的机理

1.4.1.1 甲醇氧化基本过程与可能的机理

1.4.1.2 乙醇氧化基本过程与可能的机理

1.4.2 二甲醚氧化基本过程与可能的机理

1.4.3 CO 氧化机理

1.5 含氧化合物氧化反应的研究进展

1.5.1 过渡金属催化剂

1.5.2 贵金属催化剂

1.5.2.1 Pt系贵金属催化剂

1.5.2.2 Au催化剂

1.6 催化剂的制备

1.7 本论文的设计

1.7.1 载体的选择

1.7.1.1 CeO_2基础的催化材料的研究和应用

1.7.1.2 金属与CeO_2相互作用

1.7.2 活性组分的选择

1.7.3 论文的构想

参考文献

第二章 实验部分

2.1 催化剂的制备

2.1.1 化学试剂

2.1.2 催化剂制备

2.2 催化剂活性评价

2.3 催化剂的表征

2.3.1 透射电镜测试(TEM)

2.3.2 X-射线衍射(XRD)

2.3.3 比表面积测试(BET)

2.3.4 CO 化学吸附

2.3.5 程序升温还原(TPR)

2.3.6 原位红外测试(In situ FT-IR)

2.3.7 X 射线光电子能谱(XPS)

2.3.8 循环伏安测试(CV)

参考文献

第三章 CuO/CeO_2催化剂的 CO 和甲醇氧化的反应性能研究

3.1 前言

3.2 Cu 负载量和制备方法对反应性能的影响

3.2.1 反应性能

3.2.1.1 CO 氧化

3.2.1.2 甲醇完全氧化

3.2.2 催化剂表征

3.2.2.1 BET 和XRD 测试

3.2.2.2 H_2-TPR

3.2.2.3 X-射线光电子能谱测试

3.2.2.4 循环伏安测试

3.3 小结

参考文献

第四章 CuO/CeO_2催化剂:氧化还原特征和催化性能

4.1 前言

4.2 CuO/CeO_2催化剂的氧化还原性质的研究

4.2.1 反应性能

4.2.1.1 H_2处理对CO 氧化反应性能的影响

4.2.1.2 H_2 处理对甲醇氧化反应性能的影响

4.2.2 催化剂表征

4.2.2.1 表面积和结构表征

4.2.2.2 H_2-TPR

4.2.2.3 X-射线光电子能谱测试

4.2.2.4 原位红外测试

4.2.2.5 循环伏安测试

4.2.3 讨论

4.3 小结

参考文献

第五章 调变还原-沉积技术制备的Pt/CeO_2催化剂的结构特征和反应性能研究

5.1 前言

5.2 制备技术对反应性能的影响

5.2.1 反应性能的比较

5.2.1.1 CO 选择氧化

5.2.1.2 DME 氧化

5.2.2 催化剂的表征

5.2.2.1 表面积和结构表征

5.2.2.2 H_2-TPR

5.2.2.3 X-射线光电子能谱测试

5.2.3 讨论

5.3 小结

参考文献

第六章 调变多元醇法制备的双金属Pt-Sn/CeO_2 催化剂反应性能和结构特征的考察

6.1 前言

6.2 Pt/Sn 比对反应性能的影响

6.2.1 反应性能

6.2.2 催化剂的表征

6.2.2.1 表面积和结构表征

6.2.2.2 H_2-TPR

6.2.2.3 X-射线光电子能谱测试

6.2.3 讨论

6.3 小结

参考文献

第七章结论

作者简介及发表文章目录

致谢

发布时间: 2005-10-15

参考文献

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