铜铈催化剂的形貌可控制备及优先氧化一氧化碳性能研究

发布时间：2020-05-31 04:05

【摘要】：优先氧化一氧化碳反应被认为是去除富氢气体中微量一氧化碳最有效的方法。CuO-CeO_2催化剂由于良好的催化性能与低廉的成本被认为是最有工业前景的催化剂。而CuO-CeO_2催化剂属于结构敏感型催化剂,形貌结构的不同会呈现出催化性能的差别。本文通过控制CuO/CeO_2的微观形貌和锰掺杂,结合SEM、TEM、XRD、H_2-TPR、XPS和UV-vis等表征手段对催化剂的物理化学性质进行分析。具体研究如下:1、通过水热法和浸渍法制备出一系列不同形貌的Cu O/CeO_2催化剂。不同形貌的CeO_2载体会暴露不同的晶面,并与CuO产生不同的相互作用。利用DFT计算分析得出(111)与(002)晶面交界处会产生最高含量的氧空位。最后通过实验得出球形CuO/CeO_2催化剂展现出最佳性能。利用XAFS的小波变换更加直观的看出球形催化剂含有更多的低价态铜。2、通过一步水热法合成CuO-MnO_X/CeO_2催化剂,使锰和铜元素进入CeO_2晶格内。锰元素的加入可以使球形形貌更加均一稳定并改变铜铈之间的相互作用。但过量加入锰元素却会使氧空位浓度下降。通过实验确定最佳锰掺杂比例为铜锰比为2:1。3、通过水热法和浸渍法合成不同空心层数的CuO/CeO_2催化剂。空心球的结构能够增加CuO与CeO_2的接触面积。三层空心球CuO/CeO_2催化剂具有更大的比表面积,更小的铜铈颗粒尺寸以及球内部与外部更有效的碰撞,进而产生最好的催化性能。
【图文】：

工作原理,气体流路,阳极,离子导电体

内蒙古大学硕士学位论文单、操作方便、启动快、比功率高以及工作温度低等优点。所以在中脱颖而出，在近几年得到了广泛关注，认为是电动汽车的首选应用燃料电池由产生离子导电体的电解质板、两侧的阳极（燃料极）和阴以及气体流路构成。图 1.1 是 PEMFC 简要的反应装置图，H2和通过气体流路分别通入阴极和阳极，在交换膜处完成电极反应并产电能。[3]具体发生的反应为：阳极：H2= 2H++ 2e-（1-1）阴极：2H++ 1/2O2+ 2e-= H2O （1-2）总反应：H2+ 1/2O2= H2O （1-3）

高角度环形暗场,探测器,单原子

对比铂系催化剂，Au 催化剂优点为低温段活性高，选择性好并且环境湿度有利于反应进行。其催化性能与载体类型、金尺寸以及载体与活性组分间相互作用有密切的联系。所以选取合适的制备方法对设计此类催化剂十分重要，一般的制备方法为共沉淀法、沉积沉淀法、溶胶凝胶法、光化学沉积以及化学气相沉积法等。Lee 等[19]制备出不同尺寸的 Au 颗粒并用于反应中发现，当 Au 纳米颗粒尺寸在 2.4nm 时存在最佳活性。Qiao 等[20]制备出单原子 Au 负载在 CeO2载体上。如图 1.2 所示，白圈里面高亮粒子即为单原子 Au，可以看出 Au 成功占据了 Ce原子的位置并锚定在了载体上。图 1.3 为此催化剂反应的机理图，TOF 为单位时间内单位活性中心转化次数。可以发现，单原子 Au 样品对 CO 转变成CO2的 TOF值为 2.5s-1，而对 H2转化成 H2O 的 TOF 值为 0.01s-1。即对 CO 氧化具有很强的活性而对 H2氧化几乎为惰性，故此单原子催化剂会极大的提升催化性能。另外单原子催化剂也很好的促进了贵金属利用效率，，并节省了成本，使其为目前研究贵金属催化剂的一个新热门。
【学位授予单位】：内蒙古大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O643.36

【参考文献】