碳納米管負(fù)載型Pt基催化劑用于富氫氣體中CO選擇性氧化反應(yīng)的研究.pdf

1、本學(xué)位論文針對(duì)富H2氣體中CO的選擇氧化(CO-PROX)這個(gè)反應(yīng)體系,利用碳納米管(CNTs)作為載體,開(kāi)發(fā)了Pt-Co/CNTs和Pt/Na-CNTS兩種催化劑,并對(duì)其各自的催化活性與催化劑結(jié)構(gòu)之間的關(guān)聯(lián)進(jìn)行了深入的探討,提出初步的反應(yīng)機(jī)理,取得了以下主要研究成果:
　　 采用共浸漬和甲醛還原法,制備了一系列Co促進(jìn)的碳納米管負(fù)載型Pt-Co雙金屬催化劑(Pt-Co/CNTs),考察其對(duì)CO-PROX的催化性能,并與催化劑結(jié)

2、構(gòu)相關(guān)聯(lián)。結(jié)果表明,添加少量Co后,Pt-Co/CNTs催化劑的低溫CO-PROX活性顯著提高,并且活性?xún)?yōu)于其他載體。氣體組成為1.0％CO,1.0％O2,50％H2,48％N2和空速為30,000 mL·h-1·g-1時(shí),最佳的Pt-Co/CNTs催化劑在313 K下即可實(shí)現(xiàn)CO完全轉(zhuǎn)化,O2生成CO2的選擇性50％,該性能持續(xù)到433 K。當(dāng)O2/CO比為0.7-0.8時(shí),通入20％H2O和25％CO2,該催化劑可以保持100％CO

3、轉(zhuǎn)化率100 h,并維持O2的選擇性在62.71％之間。利用XRD、Raman、TEM、XPS和O2-H2滴定等手段研究催化劑的結(jié)構(gòu),表征結(jié)果表明:通過(guò)甲醛還原法制備的Pt-Co/CNTs催化劑,Pt納米粒子尺度均一、高度分散在CNTs的外壁上,平均粒徑為2.3nm。大部分的Co以CoO的形式存在,附著于Pt納米粒子的周?chē)捅砻?與Pt產(chǎn)生一定的相互作用,并且推測(cè)此相互作用是Pt-Co/CNTs催化劑獲得CO-PROX低溫高活性的主要因

4、素。
　　 對(duì)于Pt/Na-CNTs體系,采用高溫?zé)崽幚矸▽⑸倭康腘a+修飾到了CNTs的表層,并通過(guò)甲醛還原的方法將Pt納米粒子負(fù)載在該載體上,成功制備了一系列不同Na含量的Na-CNTs負(fù)載型Pt基催化劑(Pt/Na-CNTs),并考察其對(duì)CO-PROX的催化性能,并與催化劑結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)。XRD和TEM結(jié)果表明,Pt納米粒子平均粒徑為2-4 nm,均勻的負(fù)載Na-CNTs的外表面上。XPS、Raman、CO-stripping

5、和CO-TPD等研究表明,經(jīng)高溫Ar熱處理后一部分Na+會(huì)嵌入CNTs表面的缺陷位,并且嵌入量會(huì)隨著處理溫度的升高而增加。當(dāng)Ar熱處理溫度為773 K時(shí),嵌入載體表面上的Na+含量適中,負(fù)載Pt之后,Na-CNTs載體表面上的Na+會(huì)與Pt發(fā)生了一定的相互作用,削弱了Pt納米粒子低溫下對(duì)CO的強(qiáng)吸附,使得該催化劑對(duì)CO-PROX反應(yīng)表現(xiàn)出優(yōu)越的低溫活性和穩(wěn)定性。在313 K下即實(shí)現(xiàn)了CO完全轉(zhuǎn)化,并一直持續(xù)到433 K。當(dāng)15％CO2和