锰基氧化物催化CO氧化反应的研究

发布时间：2017-07-31 02:03

  本文关键词：锰基氧化物催化CO氧化反应的研究

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【摘要】：锰氧化物是传统的功能无机材料,具有廉价、来源丰富、环境友好等优点,广泛应用于磁性材料、能量转换、催化、电池材料等多个领域。本论文以锰基氧化物为研究对象,对其CO氧化的催化性能进行了初步研究。由于大部分的CO来自于汽车冷启动时的尾气排放,因此发展新型高效催化剂,确保CO在常温环境中完全氧化为CO_2在环境保护方面有着重要的意义。本论文采用掺杂、复合等手段,对锰氧化物的催化活性进行调控。本论文的研究内容包括以下三个部分：第一部分采用水热法在温和条件下合成Mn_3O_4及一系列掺杂过渡金属离子的Mn_3O_4,考察了掺杂离子种类及掺杂量对其CO催化氧化性能的影响。利用XRD、SEM、 BET、XPS、H_2-TPR等一系列方法对催化剂进行了表征。实验结果表明,当Mn_3O_4掺杂5%过渡金属离子(Cu、Co、Ni、Zn)后,由于催化剂表面晶格氧活泼性的提高及金属之间的协同作用,其CO催化氧化活性都得到了显著的提高,其中掺Cu和Ni的样品活性更佳。进一步探索Ni和Cu的负载量对Mn_3O_4的影响,发现Cu的掺杂量为10%时性能最佳,T100=140℃。而Ni随着掺杂量的增大,其活性逐渐下降。第二部分以乙醇为溶剂,尿素为沉淀剂,制备了一系列锰基复合氧化物及Co_3O_4,利用TG、XRD、SEM、BET、H_2-TPR等一系列方法对催化剂进行了表征,并对其CO性能进行探究。实验结果表明,CuMnO_x 的性能优于CO_3O_4、COMn_2O_4、ZnMn_2O_4、CuMnO_x 随煅烧温度变化,其成分发生变化,由Mn_3O_4向Mn_5O_8转化,通过添加外来金属离子实现了Mn_5O_8的合成。进一步探索煅烧温度对CuMnO_x 的CO催化性能的影响,发现350℃下煅烧得到的CuMnO_x 性能最优,其CO完全转化温度为100℃。良好的催化活性首先得益于Cu和Mn离子的电子交换所形成Cu-O-Mn桥键。此外,更大的比表面积,以及Cu物种无定型颗粒丰富的表面活性位点也对催化活性的提升有明显帮助。第三部分采用沉淀-沉积法(DP法),制备了一系列不同Au负载量的CuMnO_x ,利用XRD、SEM、BET、XPS、H_2-TPR等一系列方法对催化剂进行了表征,并对其CO催化氧化性能进行探究。实验结果表明,随着Au负载量的增多,催化剂的活性显著增强。以5wt%Au/CuMnO_x 为催化剂时,在44℃就能达到CO的完全转化。
【关键词】：锰氧化物 掺杂 CO催化氧化 混合氧化物 Au负载
【学位授予单位】：广西大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.3
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-20
• 1.1 锰氧化物的结构和应用10-12
• 1.1.1 锰氧化物的应用前景10
• 1.1.2 常见锰氧化物的结构10-12
• 1.2 锰氧化物的应用12-16
• 1.2.1 醇氧化反应12-13
• 1.2.2 烯烃的环氧化13-14
• 1.2.3 有机硫化物的氧化14
• 1.2.4 超级电容器14-15
• 1.2.5 电化学催化剂15-16
• 1.3 CO氧化的研究背景及机理16-18
• 1.3.1 CO催化氧化的背景及意义16-18
• 1.3.2 CO催化氧化的反应机理18
• 1.4 选题的研究意义与目的18-20
• 第二章 实验部分20-25
• 2.1 实验原料与仪器20-21
• 2.1.1 实验原料20-21
• 2.1.2 实验仪器21
• 2.2 催化剂的制备21-23
• 2.2.1 Mn_3O_4的制备21
• 2.2.2 Mn_3O_4掺杂(Cu~(2+)、Co~(2+)、Zn~(2+)、Ni~(2+))的制备21-22
• 2.2.3 CuMnO_x、CoMnO_x、ZnMnO_x的制备22
• 2.2.4 Co_3O_4的制备22
• 2.2.5 Au/CuMnO_x的制备22-23
• 2.3 催化剂的表征23-24
• 2.3.1 X射线粉末衍射(XRD)23
• 2.3.2 扫描电子显微镜(SEM)23
• 2.3.3 透射电子显微镜(TEM)23
• 2.3.4 X射线光电子能谱(XPS)23
• 2.3.5 热重分析(TGA)23
• 2.3.6 比表面积(BET)和孔径分布23
• 2.3.7 H_2-程序升温还原(H_2-TPR)23-24
• 2.3.8 O_2-程序升温脱附(O_2-TPD)24
• 2.4 催化剂的CO氧化消除性能测试24-25
• 第三章 过渡金属离子掺杂对Mn_3O_4的CO催化氧化性能影响的研究25-44
• 3.1 引言25
• 3.2 结果与讨论25-42
• 3.2.1 不同掺杂离子对于Mn_3O_4的CO催化氧化活性的影响26-34
• 3.2.2 Cu,Ni掺杂比例对于Mn_3O_4的CO催化氧化活性的影响34-42
• 3.3 本章小结42-44
• 第四章 锰复合氧化物的CO催化氧化性能研究44-59
• 4.1 引言44
• 4.2 结果与讨论44-58
• 4.2.1 锰基复合氧化物的表征及其CO催化氧化活性45-52
• 4.2.2 不同煅烧温度下的CuMnO_x的表征及其CO催化氧化活性52-58
• 4.3 本章小结58-59
• 第五章 Au负载CuMnO_x的CO催化氧化性能的研究59-67
• 5.1 引言59-60
• 5.2 结果与讨论60-66
• 5.2.1 XRD60-61
• 5.2.2 催化剂样品的SEM表征61-62
• 5.2.3 样品的BET分析62
• 5.2.4 元素XPS分析62-64
• 5.2.5 H_2-TPR64-65
• 5.2.6 不同Au负载量CuMnO_x的CO催化氧化活性65-66
• 5.2.7 催化剂的稳定性测试66
• 5.3 本章小结66-67
• 第六章 结论与展望67-69
• 6.1 结论67-68
• 6.2 不足与展望68-69
• 参考文献69-78
• 致谢78-79
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文目录79

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本文编号：596964