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1、水煤气变换反应催化研究作者:***摘要：能源问题是全球人民关注日益密切的问题，能源的高效利用和开发发新能源成为各国科学家要努力攻破的课题。氢能是一种很好的替代能源，并R燃料电池制氢系统具冇高效、可靠、灵活、低污染、操作性能优良等特点，而且燃烧过程不产生任何环境污染物，使氢成为真正最清洁的燃料，氢能无疑是最环保的能源，没有z—,所以各国都在人力开发氢燃料电池技术。制氮技术的发展有利于氮能源的广泛利用，目前水煤气变换反应(WGS,CO+H2O二CO2+H2,kj/mol)能够有效的使等量的CO与比0反应,转变成CO?和出,I大1
2、此水煤气变换反应在制氢工业中有着广泛的应用。关键词：水煤气变换反应低温催化剂前言：随着新型燃料电池丄业的兴起，负载型金催化剂在水煤气变换(WGS)反应中的应用逐渐成为研究热点燃料电池具冇能量效率高、环境友好等优点，作为固定式电源和移动式电源具冇广阔的应用前景。其中，质子交换膜燃料电池被认为是最适宜的动力电源。怪类和醇类(如天然气、甲醇)等富氢燃料通过现场更整的方式为燃料电池提供氢源，是近期乃至中期最现实的燃料电池氮源解决方案⑵。正文:水煤气变换(WGS)反应主要丿1J于精华合成气，为合成氢的反应过程提供洁净的11・2來源，近
3、年来，，由于以纯蛍为原料的车载质子交换膜燃料电池(PEMPC)技术的兴起，是的这一静电反应再次引起研究者的极人兴趣，负载Au催化剂具有较高的低温活性、较宽的活性温区、较好的抗氧化性能及抗水性能，因而被认为是最适合用于PEMEC苛刻操纵环境的WOS催化剂之一。目前,具有较好WGS催化活性的负载Au催化体系包括Au/Fe203,Au/TiO2,Au/ThO2,Au/CuxMnyOz,Au/CeZrO.i及Au/ZrO,等。其屮，Au/Zr02因性能友谊而成为近年来的研究热点。研究发现，ZrO?的晶型、颗粒及晶粒大小、表面耗基的浓
4、度以及比表面积等性质对Au/Zr02催化剂的性能有显箸影响。例如，Au负载在单斜相ZrO2(m-ZrO2)±比负载在四方相ZrO2(t-ZrO2)上具有更高的低温WGS催化活性;ZrO2晶粒尺寸增大会减小催化剂的活性中心,即Au-ZrO2接触边界的浓度等。1佃这些性质又直接由ZrO2的制备方法所决定，因此选择合适的ZrO?制备方法对于捉高催化剂性能、研究催化剂结构-性能Z间的关系以及进一步指导催化剂的优化具有重要的意义。目前,文献所报道的Au/ZrO,催化剂中ZrO,载体主要采用回流法、沉淀法及水热模板发制备，而以无需模板剂
5、锻未见报道=近年来，Au催化剂越来越多地用于水煤气变换(WGS)反应.Haruta等研究发现，高度分散的Au催化剂具有较高的催化CO低温氧化反应活性，口具有良好的湿度增强效应.Andreeva等研究表明,采用共沉淀法制备Au/a-Fe2O3催化剂时,沉淀pH值和Au负载最对低温WGS反应活性彩响较人.Fu等研究发现，Au/CeO2催化剂具有很高的催化活性，这是非金属态的Au与CoO,表而相互作用的结果.然而，在WGS反应过程小，Au催化剂常因纳米Au粒子聚集长人和表而吸附碳酸盐物种等导致其催化性能急剧下降，因而在实际应用中受
6、到限制.第二组分的加入是提高Au粒子稳定性的有效方法Au-Pd合金用于催化CO氧化反应，由于Pd与Au较强的相互作用，是的Au颗粒变小及活性提高。研究发现，双组份Au-Pt催化剂活性和稳定性远好于单金属催化剂，但在高温或长时间运转时，该催化剂因表面积炭而渐失活。研究表明，碱金属助剂可通过小和催化剂表面部分酸小心，调变其酸碱性，提高催化剂的抗积炭能力，从而改善催化剂稳定性；作为电子性助齐I」，碱金属可调变主催化剂的电子结构，使反应分子的化学吸附能力和反应活化能发生变化;碱金属的加入还会引起催化剂儿何结构的变化。因此，可以采川X
7、射线衍射(XRD)、1仏■程序升温还原⑷。CO?和出对低温水煤气变换反应的彩响-在Au/CcO2催化剂理想和现实的重整：C02和比对低温水煤气变换反应的活性和-Au/Co02催化剂失活的影响。结合动力学和原位红外光谱测量，将逐步从理想到现实。反应气氛的变化在初始活性和失活行为反应气氛的结果差异很大，在显着降低活性H2和更明显的失活的富CO?气体的存在⑸怎样使反应生成的也应用于新型燃料电池就需要考虑如何除去反应所生成的H2中少最CO的除杂问题，目前对这个问题的研究也相对成熟，在翻阅文献时发现氢气屮除去较低浓度的CO也需要使用催
8、化剂，具体的文献质料如下。冃前，对比的主要生产方法是改革化石燃料。然而，该方法产生的氏气中含有10%以上的CO。众所周知，微量的CO会严重毒害釦催化剂在质了交换膜燃料电池(PEMFC)o因此，有•选择性地在过最的氢气屮除去CO成了迫切需求。水煤气变换(WGS)和过最的氏优先氧化反应(PRO
