Pt負(fù)載型三維有序大孔徑鈰基納米催化劑的合成及其催化性能研究.pdf

1、三維有序大孔(Three-dimentionallyOrderedMacropous，3DOM)材料具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和功能特性，其孔徑大小可調(diào)控，孔道排列整齊，孔壁材料組成可在一定范圍內(nèi)調(diào)變，催化物種負(fù)載量大且分散性高、易于通過(guò)簡(jiǎn)單的離心或是過(guò)濾方式對(duì)其實(shí)現(xiàn)回收利用，因而可作為性能優(yōu)良的催化劑、功能載體和吸附材料等，在催化、環(huán)境和化工等領(lǐng)域具有十分廣闊的應(yīng)用前景。
　　本文設(shè)計(jì)合成了一系列Pt、Au和Pt-Au負(fù)載型3DOM鈰基(C

2、eO2和CeO2-Co4O3)納米催化劑，對(duì)催化劑的結(jié)構(gòu)、組成、構(gòu)型、尺寸和形貌、催化活性物種形態(tài)以及貴金屬與載體之間的相互作用等進(jìn)行詳細(xì)表征，并系統(tǒng)研究了該類催化劑富氫氣氛下對(duì)CO優(yōu)先氧化(COpreferentialoxidation，COPROX)反應(yīng)的催化性能。此外，針對(duì)生物柴油這一清潔、可再生生物質(zhì)能源的合成，本文還設(shè)計(jì)合成了3DOM鈰基(CeO2-MgO)納米催化劑，并對(duì)該類催化劑的結(jié)構(gòu)、組成、尺寸和形貌等特性進(jìn)行了表征，并

3、以棕桐油和甲醇為反應(yīng)原料，對(duì)其催化酯交換反應(yīng)生成生物柴油的催化性能進(jìn)行了初步評(píng)價(jià)。
　　本論文主要分為以下四個(gè)部分:
　　第一章重點(diǎn)綜述了近年來(lái)針對(duì)富氫氣氛下COPROX反應(yīng)和生物柴油催化合成的催化劑研究的進(jìn)展，并對(duì)基于三維有序大孔催化材料的分類、性質(zhì)及其在催化領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行了評(píng)述。
　　第二章以苯乙烯和α-甲基丙烯酸為單體，過(guò)硫酸鉀為引發(fā)劑，利用無(wú)皂乳液聚合法制備了平均粒徑為200nm的聚苯乙烯-甲基丙烯酸微球([P

4、(St-co-MAA)]）。采用離心沉淀法將其組裝成膠體晶體，以膠體晶體為模板，制備3DOMCeO2載體。采用氣體鼓泡輔助溶膠浸漬法，將貴金屬Pt、Au或Pt-Au合金納米粒子負(fù)載于3DOMCeO2載體上，制備了3DOMM/CeO2(M=Pt、Au和Pt-Au)催化劑。采用XRD、TEM、SEM、XPS、ICP、BET和H2-TPR等技術(shù)對(duì)催化劑的結(jié)構(gòu)、尺寸、形貌、孔結(jié)構(gòu)及孔徑分布、催化活性物種、催化劑表面元素組成及價(jià)態(tài)等進(jìn)行了詳細(xì)表征

5、。以富氫氣氛下COPROX反應(yīng)為模型反應(yīng)，對(duì)3DOMM/CeO2(M=Pt、Au和Pt-Au)催化劑的催化性能進(jìn)行了系統(tǒng)評(píng)價(jià)，探討了催化劑的結(jié)構(gòu)、尺寸、形貌、孔結(jié)構(gòu)及孔徑分布、催化活性物種、催化劑表面元素組成及價(jià)態(tài)選擇性對(duì)其催化性能的影響。研究結(jié)果表明，3DOMPt/CeO2、Au/CeO2和Pt-Au/CeO2催化劑對(duì)富氫氣氛下COPROX反應(yīng)具有優(yōu)異的催化性能，尤其是3DOMPt-Au/CeO2催化劑，其CO轉(zhuǎn)化率可達(dá)89％，CO2

6、選擇性可達(dá)83％，展現(xiàn)出超強(qiáng)的穩(wěn)定性，連續(xù)反應(yīng)260h催化劑無(wú)失活，具有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
　　第三章利用前述膠體晶體模板法合成了3DOMCeO2-Co3O4載體，采用氣體鼓泡輔助溶膠浸漬法，將貴金屬Pt納米粒子負(fù)載于3DOMCeO2-Co3O4載體上，制備了3DOMPt/CeO2-Co3O4催化劑。采用XRD、TEM、ICP、BET和H2-TPR等技術(shù)對(duì)催化劑的結(jié)構(gòu)、尺寸、形貌、孔結(jié)構(gòu)及孔徑分布、催化活性物種、催化劑表面元素組

7、成及價(jià)態(tài)等進(jìn)行了詳細(xì)表征。以富氫氣氛下COPROX反應(yīng)為模型反應(yīng)，對(duì)3DOMPt/CeO2-Co3O4催化劑的催化性能進(jìn)行了系統(tǒng)評(píng)價(jià)，探討了催化劑的結(jié)構(gòu)、尺寸、形貌、孔結(jié)構(gòu)及孔徑分布、催化活性物種和負(fù)載量、催化劑表面元素組成及價(jià)態(tài)、Co/Ce摩爾比、反應(yīng)空速及載體煅燒溫度等因素對(duì)其催化性能的影響。研究結(jié)果表明，在80℃時(shí)，3DOMPt/CeO2-Co3O4(1∶1)催化劑展現(xiàn)出較高的催化活性，表明該催化劑具有十分重要的應(yīng)用前景。

8、　　第四章針對(duì)生物柴油催化合成，初步嘗試設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)一類新型3DOM鈰基(CeO2-MgO)催化劑，探索評(píng)價(jià)了其用于催化合成生物柴油的催化性能。采用前述膠體晶體模板法，合成了3DOMCeO2-MgO催化劑，并對(duì)該催化劑的結(jié)構(gòu)、構(gòu)型、尺寸和形貌、比表面和孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征。以棕櫚油和甲醇為反應(yīng)原料，研究了催化劑催化二者進(jìn)行酯交換反應(yīng)合成生物柴油的性能。研究結(jié)果表明，3DOMCeO2-MgO(MCeO2/MgO=1∶1)催化劑對(duì)酯交換反應(yīng)合成生物柴