銅基或鋅基二甲醚水蒸氣重整制氫高性能催化劑研究.pdf

1、質(zhì)子交換膜燃料電池在電動汽車領(lǐng)域受到人們的廣泛關(guān)注。然而，由于氫氣不易儲存運輸，給燃料電池的應(yīng)用帶來很大不便，因此有必要開發(fā)一種原位在線制氫工藝。二甲醚水蒸氣重整具有反應(yīng)條件溫和、氫氣收率高的特點，是制氫的有效途徑之一，該工藝的核心技術(shù)就是催化劑。本文分別對銅基和鋅基氧化物與固體酸γ-Al2O3構(gòu)成的復(fù)合催化劑進行研究，考察調(diào)變制備方法、摻雜以及焙燒溫度對催化劑性能的影響，運用多種測試手段對催化劑進行表征，并將催化劑的結(jié)構(gòu)與性能進行了關(guān)

2、聯(lián)。
　　采用檸檬酸絡(luò)合法制備CuCeO催化劑，并考察了Mn摻雜對催化劑的影響。XRD表征結(jié)果發(fā)現(xiàn)，Mn的摻雜能促進Cu物種的分散。Mn摻雜量為5 wt％的催化劑相比不摻雜Mn的催化劑具有更多的Cu+物種?；钚越Y(jié)果表明Mn摻雜的CuCeO催化劑具有很好的催化活性，但對CO2的選擇性較低。對共沉淀法制備的CuCeO催化劑進行了Zr摻雜量及CuO含量的考察。Zr的摻雜能增強Cu與CeZrO的相互作用，改善其氧化還原性能。Zr摻雜量為1

3、0 wt%，CuO含量為12 wt%的樣品具有最好的催化性能。
　　采用共沉淀法制備CuZnAlO催化劑，并考察La或Ce部分取代Zn對催化劑結(jié)構(gòu)和性能的影響。結(jié)果表明，少量 La的摻雜能促進 Cu的分散，降低其還原溫度，但過量La的加入會促使Cu物種發(fā)生聚集，La摻雜量為3 wt%的樣品具有最大的Cu比表面積和最佳的催化活性。少量Ce的摻雜能降低Cu晶粒尺寸，促進Cu及ZnO的分散；而Ce摻雜過量則會導(dǎo)致Cu物種的團聚。Ce摻雜

4、量為10 wt%的樣品具有最高的Cu分散度和最佳的催化活性。此外，摻雜10 wt%Ce時還能促進Cu+物種的生成，增強催化劑對CO的吸附能力。CeO2還能穩(wěn)定Cu晶粒大小，阻止其在重整過程中發(fā)生燒結(jié)。
　　此外，還采用共沉淀法制備了ZnAlO系列催化劑，考察了焙燒溫度、ZnAlO:Al2O3、Zr或Ce的摻雜量對催化劑性能的影響。結(jié)果表明，500 ℃焙燒的催化劑具有最大的比表面積，較小的Zn物種晶粒，以及最好的催化活性。ZnAlO

5、:Al2O3質(zhì)量比為3:1的復(fù)合催化劑表現(xiàn)出最佳的催化性能。Zr的摻雜不僅能調(diào)變ZnO與ZnAl2O4的含量，還促進Zn物種分散。Zr摻雜量為10 wt%的樣品表現(xiàn)出最好的催化活性。適量Ce的摻雜能促進ZnAl2O4向ZnO轉(zhuǎn)變，提高反應(yīng)的TOF，并降低活化能。H2O-TPD結(jié)果表明，Ce的存在雖然不利于水的吸附，卻有利于吸附態(tài)羥基相互作用生成H2。同時，Ce的摻雜還能促進甲醇的吸附和ZnCe固溶體的形成，促進H2和CO2的生成與脫附。