碳納米管負載型Pt基催化劑用于富氫氣體中CO選擇性氧化反應的研究.pdf

1、本學位論文針對富H2氣體中CO的選擇氧化(CO-PROX)這個反應體系,利用碳納米管(CNTs)作為載體,開發(fā)了Pt-Co/CNTs和Pt/Na-CNTS兩種催化劑,并對其各自的催化活性與催化劑結構之間的關聯(lián)進行了深入的探討,提出初步的反應機理,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促進的碳納米管負載型Pt-Co雙金屬催化劑(Pt-Co/CNTs),考察其對CO-PROX的催化性能,并與催化劑結

2、構相關聯(lián)。結果表明,添加少量Co后,Pt-Co/CNTs催化劑的低溫CO-PROX活性顯著提高,并且活性優(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,最佳的Pt-Co/CNTs催化劑在313 K下即可實現(xiàn)CO完全轉化,O2生成CO2的選擇性50％,該性能持續(xù)到433 K。當O2/CO比為0.7-0.8時,通入20％H2O和25％CO2,該催化劑可以保持100％CO

3、轉化率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構,表征結果表明:通過甲醛還原法制備的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納米粒子的周圍和表面,與Pt產生一定的相互作用,并且推測此相互作用是Pt-Co/CNTs催化劑獲得CO-PROX低溫高活性的主要因

4、素。
　　 對于Pt/Na-CNTs體系,采用高溫熱處理法將少量的Na+修飾到了CNTs的表層,并通過甲醛還原的方法將Pt納米粒子負載在該載體上,成功制備了一系列不同Na含量的Na-CNTs負載型Pt基催化劑(Pt/Na-CNTs),并考察其對CO-PROX的催化性能,并與催化劑結構相關聯(lián)。XRD和TEM結果表明,Pt納米粒子平均粒徑為2-4 nm,均勻的負載Na-CNTs的外表面上。XPS、Raman、CO-stripping

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