CO优先氧化反应中金属氧化物对逆负载型催化剂CeO_2/CuO促进作用的研究

【摘要】氢能是最有发展潜力的清洁能源,而燃料电池是氢能利用中的重要技术之一,它可以有效的将氢能转化为化学能,从而带动了氢能利用技术的发展,其中最有发展潜力的是质子交换膜燃料电池(PEMFC)。在重整原料气中的CO会毒化PEMFC的电极,因此必须将氢气中的CO的含量降低到100ppm以下,其中一氧化碳优先氧化(CO-PROX)是除去CO最简单有效的方法。CuO-CeO2催化剂是优先氧化催化剂中的一种,它以低廉的价格、良好的催化性能逐渐成为该领域的研究热点。在CuO-CeO2催化剂中添加一定助剂也已经成为改善该类催化剂催化性能的重要手段。本论文系统研究了逆负载掺杂型MOx-CeO2/CuO催化剂在CO优先氧化反应中的催化特性,探讨了不同金属氧化物对逆负载型CeO2/CuO催化剂催化性能的影响。通过XRD、H2-TPR、SEM、TEM/HRTEM、XPS、N2吸附-脱附、ICP和活性测试等技术对铜铈催化剂的物质结构与催化性能进行了表征。具体研究内容如下：采用水热-共沉淀法合成了不同摩尔比的掺杂型Ce1Cu2SnxTix催化剂。结果发现,Sn-Ti复合氧化物的加入不同程度的提高了CeO2/CuO催化剂的低温端的转化率,但因掺杂了Sn-Ti复合氧化物导致催化剂整体的结晶度增高、粒子直径变大,导致Ce1Cu2SnxTix催化剂的比表面积要小于CeO2/CuO催化剂的比表面积。总体来看,在该组催化剂中Ce1Cu2Sn0.25Ti0.25催化剂显示出了更好的催化活性。采用水热-共沉淀法制备出掺杂型MOx-CeO2/CuO(M=Mn、Co、Sn、Zn)催化剂,试图通过添加助剂来改善CeO2/CuO催化剂低温端活性以及拓宽完全转化CO的温度窗口。研究表明,丝棒状结构为自主装的CeO2,颗粒状结构为CeO2和CuO。MnO2的加入明显增强了CeO2和CuO相互间的作用并改变了催化剂的结构特性从而改善了催化性能。经活性测试发现,MnO2-CeO2/CuO催化剂在75℃-115℃的温度区间内显示了最优良的活性,说明Mn的加入有效的改善了催化剂的低温活性。采用一步沉淀法制备了掺杂型MOx/CeO2-CuO(M=Fe、Co、Ni)催化剂,意在探讨铁磁性元素的加入对逆负载型CeO2/CuO催化剂催化性能的影响。研究发现,MOx可以均匀分散在催化剂上且Fe、Co和Ni的加入可以减小CeO2和CuO的粒径,同时可以增大CeO2-CuO催化剂的比表面积,促进Ce3+在催化剂表面上的形成。NiO/CeO2-CuO催化剂有最大的比表面积以及更多的活性物种(如晶格氧、Cu+、Ce3+),这些都使得掺Ni催化剂显示出更优越的催化活性以及更宽的CO完全转化的温度窗口。反应过程中晶格氧含量的下降使得NiO/CeO2-CuO催化剂活性随之降低。
【作者】陈天嘉；
【导师】曾尚红；
【作者基本信息】内蒙古大学，应用化学，2014，硕士
【关键词】氢能；铜铈催化剂；金属氧化物；掺杂；优先氧化；

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