富氫氣氛中CO選擇氧化用納米銅鈰催化劑的研究.pdf

1、近些年來，在環(huán)境污染和能源緊張社會的形勢下，質(zhì)子交換膜(PEM)燃料電池作為一種清潔、高效的能源來源已經(jīng)引起了眾多的關(guān)注。作為燃料電池技術(shù)的關(guān)鍵組成，選擇性氧化脫除富氫中的CO是目前研究的熱點。 本論文系統(tǒng)地研究了銅鈰催化劑及其對富氫氣中一氧化碳選擇性催化氧化性能。對比了不同制備方法對銅鈰催化劑在富氫氣中一氧化碳選擇性氧化反應(yīng)催化性能的影響，重點考察了制備條件對共沉淀法制備銅鈰催化劑催化性能的影響和不同金屬摻雜對銅鈰催化劑催化性

2、能的改進作用，同時還研究了銅鈰催化劑具有高活性的機理以及反應(yīng)條件對銅鈰催化劑催化性能的影響，得到一些有價值的研究結(jié)果。 首先比較了機械混合法、浸漬法、共沉淀法和絡(luò)合法等制備方法對銅鈰催化劑在富氫氣中一氧化碳選擇性氧化反應(yīng)催化性能的影響，發(fā)現(xiàn)共沉淀法和絡(luò)合法制備的銅鈰催化劑都對該反應(yīng)具有良好的催化性能。 考察了制備條件對銅鈰催化劑(共沉淀法制備)在富氫氣中一氧化碳選擇性氧化反應(yīng)催化性能的影響，并優(yōu)化條件制備出具有高催化性能

3、的納米銅鈰催化劑。發(fā)現(xiàn)該催化劑在富氫氣中對CO選擇性氧化反應(yīng)的催化活性和選擇性接近或高于貴金屬催化劑和文獻報道的銅鈰催化劑。在空速為120,000 ml g<'-1>h<'-1>和反應(yīng)溫度為120℃時，CO轉(zhuǎn)化率和選擇性分別達到了99.5％和87.5％，并且，在145℃時CO的轉(zhuǎn)化率仍保持在99.3％，從而形成了一個CO高轉(zhuǎn)化率的溫度窗口。催化劑的穩(wěn)定性也進行了初步的考察，在24小時的穩(wěn)定性實驗中，CO的氧化轉(zhuǎn)化率和選擇性分別始終保持在

4、99.4％和95.3％左右。 此外，還考察了不同金屬對銅鈰催化劑的摻雜效果。發(fā)現(xiàn)K<'+>有利于提高銅鈰催化劑的抗二氧化碳和水的能力，但由于K<'+>同時又會抑制銅鈰催化劑的催化活性，所以當同時加入水和二氧化碳時適量K<'+>(0.10wt％)的存在有利于銅鈰催化劑保持較高的催化活性。發(fā)現(xiàn)Fe和Co的摻雜對銅鈰催化劑的催化活性有較明顯的促進作用，尤其Co的摻雜拓寬了銅鈰催化劑上CO高轉(zhuǎn)化率(大于99.0％)的溫度‘窗口’(30℃

5、)，而Mn、Ni和Zn的摻雜對銅鈰催化劑的催化活性則出現(xiàn)一定的抑制作用。但不同過渡金屬(Mn、Zn、Fe、Co、Ni)摻雜對銅鈰催化劑抗二氧化碳和水的能力不同，F(xiàn)e、Mn和Zn的摻雜對銅鈰催化劑的催化活性有一定的改善，而Ni的摻雜則對銅鈰催化劑的催化活性有明顯的抑制作用，但過渡金屬的摻雜對銅鈰催化劑的氧化選擇性均有不利的影響。稀土金屬(Nd、Pr、Y、La)的摻雜對銅鈰催化劑的催化活性并沒有明顯的改善作用，但對催化劑的氧化選擇性均有一定

6、的促進作用。稀土金屬摻雜的銅鈰催化劑也表現(xiàn)出不同的抗水和二氧化碳性能，Nd的摻雜對銅鈰催化劑的催化活性有明顯的促進作用，而La和Y的摻雜則對銅鈰催化劑的催化活性有一定的抑制作用，但稀土金屬的摻雜對銅鈰催化劑的氧化選擇性均有顯著提高。 論文還通過TPR和XRD等表征和評價手段，根據(jù)氧化銅的分散形態(tài)以及價態(tài)的不同，將負載銅催化劑中氧化銅存在的種類歸納為和載體表面的氧空穴發(fā)生強作用的氧化銅、一維形態(tài)的高分散氧化銅、二維高分散的氧化銅簇