汽车尾气中CO与NO催化消除的实验与理论研究

发布时间：2017-10-17 16:14

  本文关键词：汽车尾气中CO与NO催化消除的实验与理论研究

  更多相关文章： NiO CO氧化 氧物种 反应机理 NO Rh(111)晶面

【摘要】：采用水热合成的方法合成了片状、花状Ni(OH)2,在573与773 K下焙烧得到不同形貌的NiO样品。通过物理表征手段,如X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、BET比表面得到样品NiO的晶相以及形貌特征。通过氢气程序升温还原(H2-TPR)、X射线光电子能谱(XPS)手段的表征得到样品NiO的化学信息；利用CO氧化作为探针反应,评价不同形貌NiO样品的催化活性。实验结果表明：对相同焙烧温度处理的样品,片状NiO比花状样品比表面积大,暴露的表面配位不饱和的Ni原子比较多,缺陷氧(Odef)物种浓度较高,导致CO催化氧化活性较高；对相同形貌的NiO,低温处理的样品比表面积远大于高温焙烧样品,相应CO氧化活性亦远高于高温焙烧的NiO。建立在实验结果的基础上,初步给出了CO在NiO样品上的可能的氧化反应机理。采用水热合成的方法制备了CeO2纳米立方体,通过等体积浸渍法制备了Rh2O3质量分数为0.1%,0.5%,1.0%的Rh2O3/CeO2催化剂。通过X射线粉末衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、BET比表面等物理表征手段表征了催化剂的物理结构信息；利用H2-TPR、XPS研究了不同负载量的Rh2O3/CeO2催化剂的化学与电子结构信息。由于负载的Rh2O3纳米粒子较小,且其负载量较低,因此催化剂的XRD谱图中没有发现Rh2O3的峰,CeO2载体粒子的尺寸在40 nm左右。CO氧化反应结果表明：单独的CeO2载体活性较低,随着R1uO3负载量的增加,其催化活性增强。当催化剂中的Rh2O3被还原为Rh后,其催化活性明显高于Rh2O3/CeO2催化剂。在实验结果的基础上,利用密度泛函理论初步计算了Rh2O3/CeO2催化剂上不同的活性位对CO催化氧化的作用。计算结果表明,Rh2O3/CeO2催化剂中Rh203配位不饱和度较高的氧物种具有较高的CO催化氧化活性。Rh及其氧化物是消除汽车尾气中NOx催化剂的活性组分,从分子水平深入研究NOx在Rh催化剂上的反应机理具有重要的意义。本文利用基于密度泛函理论的CASTEP软件系统计算了NO在Rh(111)表面的吸附与反应行为。计算结果表明,NO吸附在表面的hcp洞位最稳定,NO直接解离反应能垒较高。当反应体系有H存在时,NO与H反应形成中间体的能垒较高。通过对NO吸附行为与反应机理的研究,NO在Rh(111)表面解离过程为：吸附在hcp或者fcc洞位的NO迁移到平躺表面桥位后直接解离生成N与O原子；当表面存在H原子时,NO与H反应后发生解离。
【关键词】：NiO CO氧化 氧物种 反应机理 NO Rh(111)晶面
【学位授予单位】：浙江师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 1 文献综述11-21
• 1.1 引言11-12
• 1.2 汽车尾气的排放标准及其危害12-13
• 1.2.1 汽车尾气排放标准的发展12
• 1.2.2 汽车尾气污染物及其危害12-13
• 1.3 三效催化剂发展历程及其组成13-16
• 1.3.1 汽车尾气消除催化剂的发展历程14
• 1.3.2 三效催化剂的组成14-16
• 1.4 铈基催化剂及其研究现状16-18
• 1.5 纳米催化剂18-19
• 1.5.1 纳米催化剂的制备方法18-19
• 1.5.2 纳米催化剂的分类19
• 1.5.3 纳米催化剂特性19
• 1.6 课题的研究目的以及研究内容19-21
• 2 计算方法21-25
• 2.1 密度泛函理论21-23
• 2.1.1 Hohenberg-Kohn定理22
• 2.1.2 Kohn-Sham方程22-23
• 2.2 VASP简介23
• 2.3 MS简介23-25
• 3 纳米NiO合成及其CO催化氧化性能的研究25-36
• 3.1 引言25-26
• 3.2 实验部分26-27
• 3.2.1 纳米NiO合成26-27
• 3.2.2 纳米NiO的CO氧化活性评价27
• 3.2.3 纳米NiO表征27
• 3.3 实验结果27-33
• 3.3.1 NiO前驱体Ni(OH)_2的表征27-28
• 3.3.2 NiO的表征28-33
• 3.3.3 NiO的CO氧化活性33
• 3.4 讨论33-34
• 3.5 结论34-36
• 4 Rh2O_3/CeO_2催化剂催化氧化CO的研究36-52
• 4.1 前言36-37
• 4.2 实验部分37-38
• 4.2.1 合成37
• 4.2.2 表征手段37-38
• 4.3 CO氧化活性评价38
• 4.4 理论计算方法38-39
• 4.5 结果与讨论39-45
• 4.6 理论模拟45-50
• 4.6.1 Rh_2O_3/CeO_2(100)模型催化剂的构建45-46
• 4.6.2 O物种的分类46-47
• 4.6.3 Rh_2O-3/CeO_2(100)模型催化剂与CO的反应47-50
• 4.7 结论50-52
• 5 NO在Rh(111)面的还原机理探究52-70
• 5.1 引言52-53
• 5.2 计算模型参数设置53
• 5.3 结果与讨论53-69
• 5.3.1 晶胞与Rh(111)表面优化53-54
• 5.3.2 NO在Rh(111)面的吸附54-57
• 5.3.3 NO在Rh(111)面解离行为57-69
• 5.4 结论69-70
• 参考文献70-79
• 致谢79-81

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