Co基納米晶的可控合成及費-托合成催化性能研究.pdf

1、原油的快速消耗促使人們尋找可替代化石燃料的新型能源，費-托合成是利用合成氣（H2+CO）直接催化制取長鏈烴類的過程，經(jīng)過進一步提取、純化可以獲得優(yōu)質潔凈液體燃料。Co基催化劑作為費-托合成工業(yè)已廣泛使用的催化劑，其各種性能已經(jīng)被研究很長時間。金屬Co作為Co基費-托合成催化劑的活性相，主要以六方密堆（hcp，hexagonal close packed）和面心立方（fcc，face centred cubic）兩種晶型存在，其中hcp晶

2、型金屬Co經(jīng)實驗和理論計算都被證明相比fcc晶型金屬Co具有更好的催化性能，但是傳統(tǒng)方法制備的Co基催化劑經(jīng)過活化后Co主要以fcc晶型Co存在。可通過對催化劑進行碳化處理或加入助劑獲得高活性的hcp晶型Co催化劑，然而處理過程較為復雜，并且通過這些方法制備的催化劑中hcp晶型Co的含量較低。因此，研究hcp晶型Co催化劑的簡便有效的直接合成方法對開發(fā)高效Co基費-托合成催化劑將具有重要意義。
　　本文利用熱分解法制備了不同粒徑、

3、晶型的CoO納米顆粒，創(chuàng)造性地利用六方晶型CoO（h-CoO，hexagonal CoO）納米顆粒作為制備hcp晶型金屬Co的前驅體，得到了高純度hcp晶型Co基費-托合成催化劑，并用一步法合成了一系列碳納米纖維（CNT）負載的不同晶粒尺寸h-CoO催化劑，利用原位X-射線粉末衍射（XRD）、高分辨透射電子顯微鏡（HRTEM）、掃描電子顯微鏡（SEM）、X射線光電子能譜（XPS）、氫氣程序升溫還原（H2-TPR）、氫氣程序升溫脫附（H2

4、-TPD）等技術對催化劑進行了表征，系統(tǒng)研究了Co的晶型、hcp晶型金屬Co的顆粒尺寸對催化劑費-托合成催化性能的影響，主要研究結果如下：
　?。?）以長鏈胺作為熱溶，乙酰丙酮鈷作為鈷源，通過調(diào)控有機胺碳鏈長度和乙酰丙酮鈷的濃度獲得了5.4～11.2nm范圍粒徑的CoO納米晶。
　?。?）發(fā)現(xiàn)不同晶型CoO經(jīng)氫氣還原后形成的金屬Co更傾向于保持原來的晶型：h-CoO納米顆粒經(jīng)氫氣還原后所得到的金屬Co主要為hcp晶型金屬Co

5、，主要暴露(101)和(100)晶面，立方晶型CoO（c-CoO，cubic CoO）納米顆粒經(jīng)氫氣還原后所得到的金屬Co主要為fcc晶型金屬Co，主要暴露(111)晶面。費-托合成催化性能測試表明hcp晶型金屬Co的催化性能相比fcc晶型金屬Co顯著提高，這一方面是因為兩者的暴露晶面不同，另一方面是由于fcc晶型金屬Co表面大量的氫強吸附位占據(jù)了大量活性位點，導致催化活性降低。
　?。?）利用一步法制備了CNT負載的粒徑范圍從6