铂铱双金属三效催化剂的研究

发布时间：2020-10-09 00:55

　　随着汽车保有量的增加,汽车尾气污染日益严重。汽车尾气排放控制是一项综合性很强的技术,安装汽车尾气催化净化器是最为有效的措施之一,而用于汽油车后处理净化技术的是三效催化技术。目前为止,三效催化剂(TWC)的主要活性组分为Pt、Rh和Pd。本文首先对市售的两种国外著名公司的车用整体式三效催化剂进行了全面剖析,采用XRF技术对催化剂进行了涂层组分分析,采用XRD、BET、XPS、TPR和TEM表征手段对催化剂进行物理化学性质表征,结果表明:A公司生产的三效催化剂是将Pd和Rh贵金属分别负载到γ-A12O3和Ce0.35Zr0.65O2固溶体材料上。B公司生产的三效催化剂是将Pd和Rh贵金属负载到Ce0.35Zr0.65O2和γ-A12O3混合载体。且两公司生产的催化剂都是Pd/Rh体系催化剂。而市场上的三效催化剂大多数还是以Pd/Rh和Pt/Rh体系为基础的催化剂,汽车尾气净化催化治理的方案中仍有40%的Pt催化剂被使用。但Pd金属价格也在不断上涨。由于Ir的价格较Pt和Pd便宜,我们制备了Pt-Ir双金属纳米催化剂,以降低Pt的用量,降低三效催化剂的成本。本文利用液相化学还原法制备了不同结构(合金结构和核壳结构)的Pt-Ir纳米双金属,以期得到粒径较小,单分散性的纳米粒子。合金结构的Pt-Ir纳米双金属是以H2PtCl6·6H2O和H2IrCl6·6H2O为贵金属前驱体,CTAB为保护剂,NaBH4为还原剂通过共还原法制备的。选择了水和乙二醇作为溶的种类来制备单分散的纳米合金,以乙二醇为溶剂的合金纳米粒子形貌规则且粒径分布窄,而以水为溶剂制备的合金纳米粒子形貌规则不规则。核壳结构Ir@Pt纳米双金属是通过连续还原法制备的,首先以H2IrCl6·6H2O为贵金属前驱体,通过改变保护剂CTAB和还原剂NaBH4的用量,改变溶剂种类来制备单分散的粒径较小的核金属Ir纳米粒子,然后将Ir纳米粒子重新分散在水中,加入H2PtCl6·6H2O分散均匀,以还原性较弱的AA酸为还原剂,制备核壳结构Ir@Pt纳米双金属。当铱铂摩尔比为2/1时,Ir@Pt纳米粒子为2.2 nm,当增大铱铂摩尔比为1/1、1/2、1/4时,Ir@Pt纳米粒子的大小分别为2.8,4.5和6.5 nm。通过改变贵金属的比例制备出了尺寸可控的Ir@Pt纳米双金属。将制备的纳米粒子分别负载到γ-A12O3和SiO2载体上,考察其三效催化活性,结果表明核壳结构Ir@Pt(1/1)双金属催化剂表现出最佳三效活性。且核壳结构Ir@Pt(1/1)/SiO2双金属催化剂与单金属催化剂相比,水热老化后的三效催化活性较高,并具有最宽的三效工作窗口,同时研究发现Ir@Pt(1/1)/SiO2具有更优良的抗水抗硫性能以及氮气选择性。
【学位单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：O643.36;X734.2
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章绪论
    1.1 汽车尾气的产生、危害与治理
        1.1.1 汽车尾气的产生
        1.1.2 汽车尾气的危害
        1.1.3 汽车尾气的排放标准与法规
        1.1.4 汽车尾气的控制
    1.2 三效催化剂的作用机理
    1.3 三效催化剂的组成
        1.3.1 载体
        1.3.2 高比表面的涂层
        1.3.3 助剂
        1.3.4 活性组分
    1.4 三效催化剂发展面临的挑战
    1.5 空燃比窗
    1.6 贵金属纳米催化剂
        1.6.1 贵金属纳米催化剂
        1.6.2 双金属纳米催化剂
        1.6.3 双金属纳米粒子的制备方法
        1.6.4 双金属纳米粒子的表征技术
    1.7 选题依据、研究内容
        1.7.1 选题依据
        1.7.2 研究内容
第2章实验部分
    2.1 实验试剂及设备
        2.1.1 实验所用试剂
        2.1.2 实验所用仪器设备
    2.2 实验部分
        2.2.1 商用三效催化剂元素分析
        2.2.2 Pt-Ir合金双金属纳米粒子溶胶制备
        2.2.3 Ir金属纳米粒子溶胶制备
        2.2.4 核壳结构Ir@Pt双金属纳米粒子的制备
        2.2.5 催化剂的制备
    2.3 催化剂的表征方法
        2.3.1 物相结构分析（XRD）
        2.3.2 透射电镜（TEM）
        2.3.3 扫描透射电子显微镜（STEM）
2-TPR）'>        2.3.4 程序升温还原（H₂-TPR）
        2.3.5 X射线光电子能谱（XPS）
        2.3.6 CO吸附的in situ DRIFT光谱测定
    2.4 催化剂性能评价
        2.4.1 转化率-温度曲线测定
        2.4.2 空燃比（λ）
        2.4.3 抗水抗硫性能
2选择性'>        2.4.3 N₂选择性
第3章商用三效催化剂分析
    3.1 前言
    3.2 实验结果与讨论
        3.2.1 催化剂涂层组成分析
        3.2.2 XRD结果讨论
        3.2.3 TEM结果分析
        3.2.4 XPS结果讨论
2-TPR结果分析'>        3.2.5 H₂-TPR结果分析
    3.3 结论
第4章铂铱双金属纳米粒子制备与表征
    4.1 引言
    4.2 结果与讨论
        4.2.1 Pt-Ir双金属合金纳米粒子
        4.2.2 Ir纳米粒子制备
        4.2.3 Ir@Pt核壳结构双金属纳米粒子
    4.3 结论
第5章铂铱双金属三效催化剂表征
    5.1 引言
    5.2 结果与讨论
        5.2.1 Pt-Ir双金属合金和核壳结构纳米催化剂三效催化活性
        5.2.2 Ir@Pt核壳结构纳米粒子负载到不同载体上的三效催化活性
2三效催化活性的影响'>        5.2.3 Ir/Pt比对Ir@Pt/SiO₂三效催化活性的影响
        5.2.4 催化剂的水热稳定性
        5.2.5 催化剂的工作窗.研究
2催化剂的抗水抗硫性能'>        5.2.6 Ir@Pt/SiO₂催化剂的抗水抗硫性能
2催化剂的N2选择性'>        5.2.7 Ir@Pt/SiO₂催化剂的N2选择性
    5.3 结论
结论与展望
    1. 结论
    2. 展望
参考文献
攻读硕士期间所发表的学术论文
致谢

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