Pt增强铜基催化剂协同效应机理及其对CO优先氧化性能的研究
发布时间：2021-04-01 03:35
氢能作为清洁能源备受青睐,质子交换膜燃料电池（PEMFCs）作为高效环保的能源转换装置被广泛应用于氢能的转化。而水煤气变换后富氢气体中残留的CO（约1%）会严重毒化PEMFCs的Pt电极,因此需采用有效手段降低CO浓度至100 ppm以下。目前,在催化剂作用下进行的CO优先氧化（CO-PROX）是去除富氢气体中CO的有效方法。其中,铜铈催化剂因成本低、活性高被认为具有较好的应用前景,但其低温段催化活性仍然需要改进。由于Pt基催化剂对CO氧化反应表现出较好的低温催化活性,因此通过Pt修饰的铜铈催化剂将有望提高CO-PROX低温段催化性能。本论文研究了Pt修饰的铜基催化剂对CO-PROX的催化性能,重点阐明Pt与Cu之间的协同作用增强催化性能机制,在原子尺度上揭示其催化机理、构效关系和调控方法。具体研究内容如下:1、采用模板法结合液相还原法制备一系列Pt/CuO-CeO2催化剂,系统探究Pt含量对CO-PROX催化性能的影响机理。结果表明较高的Pt含量能够有效促进铜铈的还原、增加CO吸附位点,从而提高了CO-PROX低温段催化活性。结合CO-TPD表征,CO完全转化温...
【文章来源】：内蒙古大学内蒙古自治区 211工程院校
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
PEMFCs的工作原理示意图
内蒙古大学硕士学位论文化性能。然而，只有在 O2过量的情况下才能实现 CO 的完全转化，这造。因此，Pt/CeO2催化剂的 CO2选择性相对较低。此外，当还原性金属氧化体系时，其能够有效地提升催化性能。例如，当向 Pt/Al2O3催化剂中加剂活性明显增强，而活性的提高源于双活性位点的存在，因为纳米尺寸氧活化能力，所以 Fe 氧化物的加入提供了 O2的活化位点进而有利于 CO[50]采用原子层沉积法(ALD)将原子分散的氢氧化铁选择性沉积在二氧化硅表面(如图 1.3 所示)。该体系于 198-380 K 的温度范围内能够实现 CO 的活性约为传统氧化铁负载 Pt 体系的 30 倍。原位 X 射线吸收精细结构测以 Fe1(OH)x簇的形式锚定在 Pt 纳米粒子表面，结合 DFT 理论计算表明点较易与 CO 反应并促进 O2活化。
图 1.3 xcFe-Pt/SiO2催化剂的合成方案，Fe 负载以及形貌Fig. 1.3 Synthetic scheme, Fe loadings and morphology of the xcFe–Pt/SiO2catalysts[50].此外，大量研究发现在贵金属催化剂中加入适量的碱(Li，Na，K，Rb，Cs)或碱土金属(Mg)使得 PROX 活性和选择性显著增加。在各种添加剂中[51-54]，碱金属 K 的促进效应最为显著。据报道，当原子比 K/Pt=10/1 时，K-Pt/Al2O3催化剂于 80℃时的活性为 Pt/Al2O3催化剂的 20倍，并且在 100-140℃温度范围内能够将 CO 浓度降低到 10ppm 以下[52]。有趣的是，似乎 K的促进作用在惰性氧化物负载的 Pt 催化剂上比在可还原氧化物负载的 Pt 催化剂上更为明显。Tanaka 等人[54]发现，与K-Pt/ZrO2、K-Pt/Nb2O5和K-Pt/TiO2催化剂相比，K-Pt/Al2O3和K-Pt/SiO2具有更高的 CO 转化率和 CO2选择性，其较高的催化性能可能归因于 Al2O3和 SiO2载体较大的比表面积有助于活性物种的分散。1.3.2 金基贵金属催化剂
【参考文献】：
期刊论文
[1]新能源“风口”下的中国氢经济之路[J]. 张景新,胡红梅. 新材料产业. 2019(02)
[2]浅谈氢能源技术优势及发展[J]. 蔡立柱,王靖雯,李涵. 中国新技术新产品. 2015(03)
[3]国际能源格局发展新趋势[J]. 朱轩彤. 中国能源. 2011(01)
本文编号：3112618
【文章来源】：内蒙古大学内蒙古自治区 211工程院校
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
PEMFCs的工作原理示意图
内蒙古大学硕士学位论文化性能。然而，只有在 O2过量的情况下才能实现 CO 的完全转化，这造。因此，Pt/CeO2催化剂的 CO2选择性相对较低。此外，当还原性金属氧化体系时，其能够有效地提升催化性能。例如，当向 Pt/Al2O3催化剂中加剂活性明显增强，而活性的提高源于双活性位点的存在，因为纳米尺寸氧活化能力，所以 Fe 氧化物的加入提供了 O2的活化位点进而有利于 CO[50]采用原子层沉积法(ALD)将原子分散的氢氧化铁选择性沉积在二氧化硅表面(如图 1.3 所示)。该体系于 198-380 K 的温度范围内能够实现 CO 的活性约为传统氧化铁负载 Pt 体系的 30 倍。原位 X 射线吸收精细结构测以 Fe1(OH)x簇的形式锚定在 Pt 纳米粒子表面，结合 DFT 理论计算表明点较易与 CO 反应并促进 O2活化。
图 1.3 xcFe-Pt/SiO2催化剂的合成方案，Fe 负载以及形貌Fig. 1.3 Synthetic scheme, Fe loadings and morphology of the xcFe–Pt/SiO2catalysts[50].此外，大量研究发现在贵金属催化剂中加入适量的碱(Li，Na，K，Rb，Cs)或碱土金属(Mg)使得 PROX 活性和选择性显著增加。在各种添加剂中[51-54]，碱金属 K 的促进效应最为显著。据报道，当原子比 K/Pt=10/1 时，K-Pt/Al2O3催化剂于 80℃时的活性为 Pt/Al2O3催化剂的 20倍，并且在 100-140℃温度范围内能够将 CO 浓度降低到 10ppm 以下[52]。有趣的是，似乎 K的促进作用在惰性氧化物负载的 Pt 催化剂上比在可还原氧化物负载的 Pt 催化剂上更为明显。Tanaka 等人[54]发现，与K-Pt/ZrO2、K-Pt/Nb2O5和K-Pt/TiO2催化剂相比，K-Pt/Al2O3和K-Pt/SiO2具有更高的 CO 转化率和 CO2选择性，其较高的催化性能可能归因于 Al2O3和 SiO2载体较大的比表面积有助于活性物种的分散。1.3.2 金基贵金属催化剂
【参考文献】：
期刊论文
[1]新能源“风口”下的中国氢经济之路[J]. 张景新,胡红梅. 新材料产业. 2019(02)
[2]浅谈氢能源技术优势及发展[J]. 蔡立柱,王靖雯,李涵. 中国新技术新产品. 2015(03)
[3]国际能源格局发展新趋势[J]. 朱轩彤. 中国能源. 2011(01)
本文编号：3112618
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