纳米催化技术的应用

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1、纳米催化技术的应用2010-10-102目录背景应用举例能源领域空气净化汽车尾气净化未来展望参考文献catalogue2010-10-103背景近年来，纳米材料、纳米技术在诸多领域引起广泛的关注，成为国际上研究和开发最活跃的领域之一，被认为是21世纪人类最有前景的技术领域。由于纳米材料具有独特的物理性能和特定的化学性能，具有比表面积大、表面活性高等特点，显示出许多传统催化剂无法比拟的优异特性。现今发展最快的纳米结构催化剂领域是纳米微孔分子筛和纳米介孔分子筛。此外还有酶催化剂。一些新型的纳米结构材料，如纳米碳管、纳米纤维、纳米膜等也为纳米催化研究

2、带来了新的机遇和挑战。由于纳米材料具有优良的性能，已经引起了世界各国材料学者和催化学者的极大重视与关注，已成为材料学科与新颖交叉学科研究的热点，并取得了显著的突破与进展，作为新材料己被广泛地应用于石油、化工、能源、涂料、生物以及环境保护等许多领域，展现了宽广的应用前景。Background2010-10-104应用举例能源领域空气净化汽车尾气净化Application2010-10-105能源领域纳米催化技术在能源领域的一个重要应用就是CeO2。水汽转移反应分为两步进行。第一步是CO的水汽转移反应，在中温条件下进行，第二步是微量CO的深度氧化过

3、程。目前常规的工业催化刘，不能直接应用于燃料电池系统。这是由于高温段的Fe-Cr催化剂活性不够高，同时，低温段Cu基催化剂条件苛刻时，性能不够稳定。由于受车用燃料电池自重（30一40kg）、体积（30一40L）以及载量的限制，这类催化剂无法直接应用于该系统。2010-10-106能源领域NexTech开发了一类Pt/CeO2无机膜结构催化剂，如图２所示，发现随着膜催化剂中CeO2粒度的持续下降其WGS反应活性迅速提高，到纳米尺度时，性能最佳。同时，提出了CeO2储氧促进机制。与低温段Cu基催化剂相比，该类催化剂在车用燃料电池领域显示出巨大的应用

4、潜力。如图３所示，相比Cu基催化剂，燃料电池效率提高，成本明显降低。突破燃料电池的瓶颈2010-10-107空气净化传统的空气净化技术大多采用活性炭吸附空气中的有毒污染物，但污染物本身的处理仍然是一个问题。而以锐钛矿型纳米TiO2：催化剂为代表的光催化空气净化技术具有室温深度氧化、二次污染小、运行成本低和可望利用太阳光为反应光源等优点，再加上纳米TiO2制备成本低、化学稳定性和抗磨损性能良好等优点，在空气尤其是在室内空气的深度净化方面显示出了巨大的应用潜力。中国科学院兰州化学物理研究所在1991年成功地开发出了可同时消除微量H2S、SO2、NH

5、3和CH3SH等有恶臭气味的光催化剂和适合于消除封闭和半封闭空间微量有害气体的光催化空气净化器。古政荣等旧3研制的活性炭一纳米TiO2复合光催化空气净化网在功率为6w、波长为254nm的紫外杀菌灯照射3h后，甲苯甲醛、TCE、H2S、NH3和CO的净化率分别为98.8%、98.5%、99.5%、99.6%、96.5%和60.1%，活性炭还可以原位再生。周宇松等在负载型纳米TiO2光催化剂分解炼油厂典型的恶臭、有毒有害气体H2S、甲基醇与乙硫醇模拟试验的基础上，研制出纳米光催化空气净化样机，可以快速分解H2S气体，有希望得到推广应用。2010-1

6、0-108汽车尾气净化汽车尾气机外净化采用的多为含贵金属的三元汽车尾气催化转化器，但贵金属价格昂贵，又容易发生Pb、S、P等中毒，寻找新型催化材料部分或全部替代贵金属已成为必然趋势。以活性炭为载体、纳米Zn0.5Ce0.5O2。粉体为催化活性体的汽车尾气净化催化剂，由于其表面存在着具有极强电子得失能力的Zr4+／Zr3+、Ce4+/Ce3+离子对，电子可以在三价和四价离子之间传递，因此具有极强的电子催化氧化还原性，再加上纳米材料比表面大、空间悬键多、吸附能力强，因此它在氧化CO的同时还原NOx，使它们转化为对人体和环境无害的气CO2和N2。不

7、过，纳米微粒的粒径要控制得当，否则得不到最佳的催化效果。在CO的低（常）温催化氧化过程中，当纳米金微粒的粒径在2–3nm时，金催化剂催化氧化CO的活性最高。但对某些纳米催化剂而言，当纳米微粒的粒径减小到10nm后，增加的表面积有可能被很大的表面再混合效应所抵消，因此，粒径的过度减小还有可能导致其活性下降。2010-10-109汽车尾气净化纳米级的Fe、Ni与TiO2和Al2O3等载体在700-1000℃下的烧结体也可以代替贵金属而作为汽车尾气净化剂。用惰性气体蒸发冷凝法制备的Fe、CO、Ni纳米粒子（30nm）和TiO2及Al2O3载体混合后，

8、在700-1000℃下焙烧得到的催化剂能有效降低尾气中的CO、NOx和烃含量，其净化率相当于最好的铂催化剂并且寿命比较长。纳米光催化技术也是净化汽车尾