用于富氢条件下CO优先氧化的纳米Au/MOx-CeO2催化剂研究

论文摘要

采用共沉淀法制备出介孔CeO2及MOX-CeO2（M=Fe, Mn, Ni, Co）复合氧化物载体,用沉积-沉淀法制备了相应的负载金催化剂Au/MOX-CeO2及Au/CeO2。着重考察了CeO2中添加不同过渡金属元素制成的复合氧化物负载金催化剂与单一CeO2负载金催化剂在结构与催化性能方面的差别,以及超声辅助分散载体对催化剂优先氧化性能的影响。运用N2吸附/脱附、X射线衍射、X射线光电子能谱、高分辨透射电镜和H2程序升温还原等技术对催化剂的结构与形貌进行了表征。BET和XRD结果表明,各负载型纳米Au/MOX-CeO2（M=Fe, Mn, Ni, Co）和Au/CeO2催化剂都具有非常均匀的介孔结构,过渡金属元素的添加使得催化剂的比表面积和孔容增大约一倍,同时CeO2分散更均匀,有利于促进Au与载体的相互作用。XPS结果表明:Au/MOX-CeO2表面的Au主要以金属态存在,以及少量的Au+及Au3+物种。与纯Au结合能相比,发现Au与载体的相互作用调变了金的电子结构,使其结合能显著降低。活性测试结果表明:金晶粒的大小以及金与载体的相互作用,决定了催化剂的活性和选择性。金粒子越小,其和载体的作用越强,结合能越低,催化活性和选择性越好。对于Au/MnOX-CeO2催化剂,超声辅助提高了PROX反应在所需温度下（80120℃）CO的转化率,120oC时,提高了近20%;同时,超声处理大大提高了Au/MnOX-CeO2催化剂上CO转化为CO2的选择性,在80～100oC反应温区,提高幅度约30%。BET结果表明,载体的超声分散增大了催化剂的比表面积和孔容,有利于金晶粒在载体表面和孔内沉积。TEM结果表明,Au粒子颗粒从510nm降为5nm左右。XPS以及TPR结果均表明,Au物种分散度的增加促进了金与载体之间的相互作用。超声处理使催化剂的活性和选择性大幅度提高。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 课题研究现状
• 1.2.1 Pt系贵金属催化剂
• 1.2.2 金催化剂
• 1.3 金的物化性质和催化特性
• 1.3.1 金的物化性质
• 1.3.2 金的催化特性
• 1.4 负载型金催化剂的催化性能
• 1.4.1 CO的低（常）温催化氧化
• 1.4.2 CO的选择性氧化
• 1.4.3 烃的催化燃烧
• 1.4.4 水煤气变换反应
• 1.4.5 CO还原氮氧化合物
• 1.4.6 选择加氢反应
• 1.4.7 卤代有机化合物的分解
• 1.4.8 光催化水解产生氢气
• 1.4.9 葡萄糖的选择性氧化
• 1.4.10 乙炔氢氯化反应
• 1.4.11 苯乙烯环氧化
• 1.5 金催化剂的影响因素
• 1.5.1 制备方法的影响
• 1.5.2 催化剂载体的影响
• 1.5.3 金粒径尺寸的影响
• 1.5.4 预处理和气氛对金催化剂活性的影响
• 1.5.5 金的价态对催化活性的影响
• 1.6 催化反应机理（CO优先氧化为例）
• 1.7 金催化剂的失活
• 1.8 介孔材料在催化中的应用
• 1.9 本文的研究思路和工作内容
• 1.9.1 研究思路
• 1.9.2 本文主要工作
• 1.9.3 本文的创新点
• 第二章 实验方法
• 2.1 催化剂组成及制备方法确定
• 2.1.1 催化剂组成的确定
• 2.1.2 催化剂制备方法的确定
• 2.2 催化剂的制备
• X-CeO₂载体的制备'>2.2.1 MO_X-CeO₂载体的制备
• X-CeO₂的制备'>2.2.2 Au/MO_X-CeO₂的制备
• 2.3 催化剂的表征
• 2.3.1 比表面积和孔径分布测试
• 2.3.2 原子吸收光谱（AAS）
• 2.3.3 X-射线粉末衍射（XRD）
• 2.3.4 X-射线光电子能谱测试（XPS）
• 2.3.5 场发射透射电子显微镜（HR-TEM）
• 2的程序升温还原（H₂-TPR）'>2.3.6 H₂的程序升温还原（H₂-TPR）
• 2.4 催化氧化活性评价
• 2.4.1 气源
• 2.4.2 催化剂活性评价设备参数
• 2.4.3 色谱分析条件
• 2.4.4 催化剂活性评价装置
• 2.4.5 催化剂活性评价
• 第三章 催化剂结构表征
• 3.1 AAS测试结果表
• 3.2 比表面积和孔径分布结果
• 3.3 XRD结果
• 3.4 HR-TEM 结果
• 3.5 EDX结果
• 3.6 XPS结果
• 3.7 TPR结果
• 第四章 负载型纳米金催化剂的活性评价
• 4.1 添加不同元素M（M=Fe,Mn,Ni,Co）对催化性能的影响
• 4.2 超声处理对催化剂活性的影响
• 第五章 结论
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢