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《催化剂特性表征方法》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、X射线CT成像、μ-XRF、μ-XRD和XANES技术在催化剂分析中的应用催化剂在工业上的应用使得经济生产总值提升了35%，90%的化学反应中需要采用催化剂，2010年催化剂的产值高达到295亿美元。在能源和环境方面应用的催化剂价值以每年6.6%速率在增长。巨大的应用价值吸引了众多科学家参与催化剂的研制。采用适当的分析技术对催化剂进行表征，使得催化剂在不同尺度的理化性质“可视化”。CT、XRF-CT、XRD-CT、XRD、μ-XRF、XANES等先进的微观电子技术可以在更高的空间分辨率下研究结构催化剂的理化性质。以生产合成气的主要工艺，甲
2、烷蒸汽重整反应为例。催化剂必须同时满足三个条件（1）CH4的转化率高，制备合成气的选择性好；（2）在煅烧条件下稳定性好、抗氧化和防止碳沉积；（3）启动反应迅速。这些性能与催化剂载体和镀层的特性息息相关。尤其是剧烈的反应条件下载体3D结构的稳定性，涂层的均一性和附着强度，金属的形态等。所以成功的偏氧化结构型催化剂是涂层的化学性质、载体的形状和形貌，制备过程以及催化剂载体3D结构的综合作用的结果。FrancescoBasile等[1]采用X-CT技术对结构型催化剂进行分析，表明Fe/Cr/Al/Y金属泡沫基体是中空结构，如图1所示，孔隙直通表
3、面，减少了反应过程中流体对载体产生的压力，增大比表面积。通过μ-XRF和μ-XRD技术相结合，同时获得元素含量和形态微区分布图，如图2、3所示。揭示催化层是由均匀分布的NiAlO2和非匀分布的NiO组成，催化层是沉积在金属基体上氧化出的Al2O3层上，而不是直接与金属基体相结合，增强了催化剂与基体的结合强度。NiAl2O4还原后得到的单质Ni的晶粒尺寸不到10nm,分散性好、活性高,H2选择性好，有助于抑制副反应(CO2+H2=CO+H2O)的进行。NiAl2O4尖晶石相的形成有效地抑制了Ni颗粒在反应条件下的烧结和长大,是改善催化剂性能
4、的重要原因[2]。同时发现在催化层中夹杂了ZnO和CuO，可增加催化剂活性的。PatriciaBenito等[3]人，采用μ-XRF/XANES相结合技术对电镀法制备的泡沫型铁铬合金载体结构型催化剂进行研究，。μ-XRF分析结果表明电合成反应在载体内外表面同时发生，增加有效催化面积，并确定所有元素（Rh、Mg和Al）相间分布，浓度分布存在差异，这与SEM-EDS分析结果一致。通过XANES光谱分析拟合发现Rh在尖晶石结构中以Mg(RhxAl1−x)2O4形态存在，而不是Rh2O3形态存在。(RhxAl1−x)2O4形态的形成，在煅烧过程中
5、有可能阻碍Rh0的氧化，Rh0的还原能力比Rh3+强，这样反应需要的温度低，有效降低生产成本。当用Ni部分取代Mg后形成活性非常强的双金属Rh/Ni，活性增加，CH4的转化效率提高90%，不足之处是随着反应时间增加催化活性有轻微的降低现象。作者猜测催化剂活性降低可能是Ni被氧化造成的结果，遗憾的是由于机时等原因作者没有对Ni进行形态分析。X射线吸收断层成像技术可以提供材料的结构和密度的3D信息，证明X-CT在材料科学分析领域分析隐藏空隙，层面和裂隙以及孔隙度的测量有重要价值。再结合μ-XRF、μ-XRD和XANES结果可以提供多相材料中元
6、素的空间分布和晶体形态信息。综合的分析手段在催化材料的设计制备和催化原理的研究中可以发挥重要作用。图1泡沫基载体（未加载催化层）的CT图像，在壁上布满空洞，直达表面，（a）平面图，（b）3D立体图。通过XRD表征外表面为Al2O3。图2图3图4[1].BasileF,BenitoP,BuganiS,DeNolfW,FornasariG,JanssensK,etal.CombinedUseofSynchrotron‐Radiation‐BasedImagingTechniquesfortheCharacterizationofStructu
7、redCatalysts[J].AdvancedFunctionalMaterials.2010,20(23):4117-26.[2].莫文龙，马凤云，刘月娥，刘景梅，钟梅，艾沙·努拉洪.焙烧温度对CO2-CH4重整制合成气NiO/γ-Al2O3催化剂性能的影响[J].无机材料学报.2016,31(3):234-340.[3].BenitoP,NuytsG,MontiM,DeNolfW,FornasariG,JanssensK,etal.StableRhparticlesinhydrotalcite-derivedcatalystscoa
8、tedonFeCrAlloyfoamsbyelectrosynthesis[J].AppliedCatalysisB:Environmental.2015,179:321-32.
