可见光照对负载型纳米Au催化氧化CO的作用研究

论文摘要

去除空气中微量CO和选择性去除质子交换膜燃料电池（PEMFC）中富氢气体下的CO具有重要科学意义和应用价值。利用负载型纳米Au催化剂催化氧化CO是目前低温去除CO最为有效的方法之一。然而Au催化剂存在易失活、氧化CO选择性低等特点，因此不断提高其催化氧化CO的活性、稳定性及选择性是人们一直追求的目标。本论文以TiO2和Al2O3为载体，通过沉积沉淀法制备出负载型Au/TiO2和Au/Al2O3催化剂。基于Au纳米粒子的局部表面等离子体共振响应（LSPR）所产生的吸收可见光特性，将可见光引入到Au催化剂催化氧化CO和选择性氧化CO反应体系中，比较了可见光照前后催化剂催化氧化CO及H2/CO混合气性能的变化，考察了可见光照下H2、CO、O2及混合气（CO+H2）催化剂表面的化学吸附行为，并结合催化剂的晶相结构、比表面、形貌、光吸收及表面化学状态研究，探讨了可见光照在CO催化氧化反应过程中的作用机制。本论文主要得出以下结论：（1）在纯CO反应气氛中，可见光照能够显著提高Au/TiO2和Au/Al2O3催化氧化CO的活性，且对前者的促进作用明显高于后者；（2）在CO与H2的混合反应气氛中，可见光照有利于提高Au/TiO2催化氧化CO的选择性；（3）在CO与H2的混合反应气氛中，可见光照有助于提高Au/Al2O3催化氧化低含量氢气中CO的选择性，但却抑制其催化氧化高含量氢气中CO的选择性。分析认为，可见光照促进Au/TiO2催化氧化CO活性和选择性的主要原因在于：Au纳米粒子通过LSPR响应吸收可见光，导致Au表面电子密度增加，有利于CO在Au表面的吸附和活化，进而促进CO的氧化。而且，可见光照还有利于Au纳米粒子对CO与H2混合气氛中CO的竞争吸附，从而促进CO的选择性氧化。论文的创新点在于：（1）从Au纳米粒子本身的LSPR特性出发，将可见光照引入到Au催化剂催化氧化CO和选择性氧化CO的反应体系中，为提高纳米Au粒子催化氧化CO活性及其氧化富氢中CO的选择性提供了一条可行的方法和实现路径；（2）此可见光照作用或可应用于其他热催化反应体系中，为如何提高热催化活性提供一个新的思路和方向。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 CO 低温催化氧化研究意义
• 1.1.1 除去一氧化碳的意义
• 1.1.2 一氧化碳的脱除方法
• 1.2 贵金属催化剂催化氧化 CO
• 1.2.1 Pt, Pd 等贵金属催化剂
• 1.2.2 Au 催化剂
• 1.2.3 金催化剂的制备方法
• 1.2.4 金纳米粒子特性
• 1.2.4.1 纳米粒子材料的性质
• 1.2.4.2 纳米 Au 粒子表面等离子体共振
• 1.3 贵金属负载型光催化剂的研究
• 1.3.1 贵金属负载型光催化剂机理研究
• 1.3.2 可见光照下负载型贵金属光催化剂的研究
• 1.3.3 CO 光催化氧化
• 1.4 选题的依据和研究内容
• 第二章 实验部分
• 2.1 试剂与设备
• 2.1.1 主要实验试剂
• 2.1.2 主要实验仪器
• 2.2 实验内容
• 2.2.1 催化剂的制备
• 2制备'>2.2.1.1 载体 TiO₂制备
• 2催化剂的制备'>2.2.1.2 Au/TiO₂催化剂的制备
• 2O₃催化剂的制备'>2.2.1.3 Au/Al₂O₃催化剂的制备
• 2.2.2 催化剂的物性表征
• 2.2.2.1 晶相结构（XRD）
• 2.2.2.2 表面孔结构（BET）
• 2.2.2.3 紫外-可见漫反射吸收光谱（UV-Vis DRS）
• 2.2.2.4 透射电镜（TEM）
• 2.2.2.5 电感耦合等离子体发射光谱
• 2.2.2.6 X-射线光电子能谱（XPS）
• 2.2.2.7 傅立叶变换红外光谱（FT-IR）
• 2.2.2.8 程序升温脱附仪
• 2.2.3 催化剂性能评价
• 2催化氧化 CO 性能的研究影响'>第三章 可见光照对 Au/TiO₂催化氧化 CO 性能的研究影响
• 3.1 引言
• 3.2 催化剂物性表征
• 3.2.1 XRD 晶型的表征
• 3.2.2 透射电子显微镜（TEM）形貌表征
• 3.2.3 UV-Vis 漫反射吸收光谱
• 3.2.4 BET 表面孔结构表征
• 3.2.5 X-射线电子能谱图（XPS）
• 3.3 催化剂催化氧化 CO 活性影响
• 2催化氧化 CO 活性影响'>3.3.1 不同含量氢条件下可见光照对 Au/TiO₂催化氧化 CO 活性影响
• 2选择性催化氧化 CO 影响'>3.3.2 不同含量氢条件下可见光照对 Au/TiO₂选择性催化氧化 CO 影响
• 2催化氧化 H₂活性影响'>3.3.3 不同含量氢条件下可见光照对 Au/TiO₂催化氧化 H₂活性影响
• 3.4 化学吸附研究
• 3.4.1 程序升温脱附（TPD-Mass）
• 2载体和 Au/TiO₂催化剂表面暗吸脱附行为'>3.4.1.1 不同反应气体在 TiO₂载体和 Au/TiO₂催化剂表面暗吸脱附行为
• 2载体和 Au/TiO₂催化剂表面吸脱附行 为的影响'>3.4.1.2 可见光照对不同反应气体在 TiO₂载体和 Au/TiO₂催化剂表面吸脱附行 为的影响
• 3.4.2 FT-IR 原位红外表征
• 3.6 本章小结
• 2O₃催化氧化 CO 性能的研究影响'>第四章 可见光照对 Au/Al₂O₃催化氧化 CO 性能的研究影响
• 4.1 引言
• 4.2 催化剂物性表征
• 4.2.1 XRD 晶型的表征
• 4.2.2 透射电子显微镜（TEM）形貌表征
• 4.2.3 UV-Vis 漫反射吸收光谱
• 4.2.4 表面孔结构表征
• 4.2.5 X-射线电子能谱图（XPS）
• 2O₃催化氧化 CO 活性影响'>4.3 可见光照对催化剂 Au/Al₂O₃催化氧化 CO 活性影响
• 2O₃催化氧化 CO 活性影响'>4.3.1 不同含量氢条件下可见光照对 Au/Al₂O₃催化氧化 CO 活性影响
• 4.3.2 不同含量氢条件下可见光照对 CO 选择性影响
• 2的催化氧化影响'>4.3.3 不同含量氢条件下可见光照对 H₂的催化氧化影响
• 4.4 化学吸附研究
• 4.4.1 程序升温脱附（TPD-Mass）
• 2O₃载体和Au/Al₂O₃催化剂表面吸脱 附行为'>4.4.1.1 暗反应条件下不同反应气体在 Al₂O₃载体和Au/Al₂O₃催化剂表面吸脱 附行为
• 2O₃载体和 Au/Al₂O₃催化剂表面吸脱附 行为的影响'>4.4.1.2 可见光照对不同反应气体在 Al₂O₃载体和 Au/Al₂O₃催化剂表面吸脱附 行为的影响
• 4.4.2 FT-IR 原位红外表征
• 4.5 本章小结
• 第五章 可见光照对负载型纳米 Au 粒子催化剂催化氧化 CO 的作用机理研究
• 5.1 催化活性与化学吸附行为的研究
• 2催化氧化 CO 的作用机制探讨'>5.2 可见光照光照下 Au/TiO₂催化氧化 CO 的作用机制探讨
• 2O₃催化氧化 CO 的作用机制探讨'>5.3 可见光照下 Au/Al₂O₃催化氧化 CO 的作用机制探讨
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 在校期间发表的论文和科研工作