用于CO-PROX的CeO_2/CuO催化剂失活机理和再生性能研究

【摘要】氢能是最具有前景的清洁能源,质子交换膜燃料电池(PEMFC)作为燃料电池的一种,成为了化学能向电能转化的理想装置。然而,目前工业制备的氢气中大多含有一定量的CO,而CO会毒化PEMFC的电极,因此,要想实现PEMFC的推广,要求CO含量必须降到100ppm以下。在目前的去除CO所有方法中,CO优先氧化最具有可行性,而CuO-CeO2催化剂作为众多CO优先氧化催化剂中的一种,以其相对低廉的价格和较好的CO优先氧化催化性能而备受关注。具体研究内容如下：通过水热法制备了棉花糖形貌的CuO前驱体,以便于获得高BET比表面积的CeO2/CuO催化剂。研究结果显示,CuO和Ce02均以结晶化形式存在,并且通过界面作用产生相互影响。在界面相互作用下,CO于55℃便开始发生氧化,H2在这种协同作用的影响下与95℃也开始被氧化。CO的氧化发生在Ce02和CuO接触面上。当大部分的CeO2颗粒进入到小的CuO簇内部或者分散在体相CuO表面时,具有高的BET比表面积和好的分散性的催化剂相比大块的Ce02颗粒更用助于在CeO2和CuO界面处产生累积较长的界面周边长。拥有最高的BET比表面积和较好的Ce02分散性的催化剂,表现出好的催化活性、选择性和稳定性。采用水热和浸渍法制备了球形结构的CeO2/CuO-X催化剂。研究显示,CuO微球由片状结构组成,并且按照一定的排列构成了核壳结构,在核壳的中心是由纳米粒子组成的CuO球。CeO2颗粒负载在CuO微球表面或者进入到片状多空结构CuO的孔道内部。除了H2的竞争反应,催化剂在115℃以上时CO转化率下降的原因还包括CeO2/CuO催化剂在CO-PROX反应过程中的变化,如CuO的还原以及被还原后金属铜从催化剂内部脱落。采用水热和沉淀法制备不同形貌的CuO,通过浸渍法制备了系列CeO2/CuO催化剂。研究了CeO2/CuO催化剂中载体CuO形貌对于催化CO优先氧化性能的影响,探讨了催化剂的失活原因,同时考察了催化活性的再生能力。研究发现载体CuO形貌差异使得催化剂具有不同结构与织构性能,呈现出不同的催化性能。CO优先氧化过程中,CO的吸附中心可能是铜铈界面处的Cu+,而反应过程中CuO的还原,以及甲酸盐、碳酸盐以及碳酸氢盐的生成,都可能引起催化剂失活。二次煅烧后CuO颗粒增大,CuO和CeO2的接触作用减弱、活性降低,进一步证明了铜铈界面的Cu+是催化CO优先氧化的活性中心。
【作者】刘科伟；
【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】H2；CeO2/CuO催化剂；失活机理；再生能力；CO优先氧化；

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