高性能铜铈催化剂的制备及铜铈之间相互作用的研究

《高性能铜铈催化剂的制备及铜铈之间相互作用的研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、浙江大学理学院硕士学位论文高性能铜铈催化剂的制备及铜铈之间相互作用的研究姓名：朱鹏飞申请学位级别：硕士专业：化学指导教师：周仁贤20080501摘要燃料电池(FuelCells)是一种工作效率高、对环境友好的新型发电装置，被称为继水力、火力、核能之后第4代发电装置和替代内燃机的动力装置。国际能源界预测，燃料电池是21世纪最具有吸引力的发电方法之一，其中质子交换膜燃料电池(PEMFC)以其工作能量密度高、工作寿命长、应答速度快，操作温度低等优点成为新一代燃料电池，在未来移动能源方面的应用前景格外引人注目。PEMFC的燃料主要来

2、源是碳氢化合物重整制得的富氢气体，但由于富氢气体中一般含有1％左右的CO，而PEMFC要求氢气中的CO含量低于10ppm，否则会导致电池的电极中毒。选择性氧化是将富氢气中CO脱除至ppm级的最简单有效的方法，作为选择性氧化催化剂，非贵金属催化剂CuO．Ce02表现出良好的CO选择性催化氧化活性，并逐渐成为该领域的研究热点。本论文系统地研究了CuO．Ce02催化剂对富氢气中CO选择性催化氧化性能。考察了不同制备方法对CuO．Ce02催化剂催化性能的影响，重点考察了制备条件对机械混合法和水热法制备的CuO．Ce02催化剂催化性能

3、的影响，同时还研究了铜铈协同作用机理以及反应条件对CuO．Ce02催化剂催化性能的影响，得到一些有价值的研究成果。首先，比较了机械混合法、浸渍法和水热法等制备方法对CuO．Ce02催化剂在富氢气中CO选择性氧化反应催化性能的影响，发现水热法制备的CuO—Ce02催化剂表现出良好的催化性能。其次，考察了制备条件对CuO．Ce02催化剂(机械混合法和水热法)在富氢气中CO选择性氧化反应催化性能的影响。结果发现，这两种催化剂均在铜负载量为5wt％和焙烧温度为500。C时表现出最佳的催化性能。并进一步优化了水热法制备条件，制备出了具

4、有良好催化性能的CuO．Ce02催化剂，该催化剂在富氢气中对CO选择性氧化反应的催化活性和选择性接近或高于贵金属催化剂和文献报道的CuO．Ce02催化剂。在空速为60，000mlg‘1h-1和反应温度为130。C时，CO的氧化转化率和选择性分别达到了99．6％和57．4％，且具有一个较宽的CO高转化率的温度窗口。V摘要此外，还考察了不同反应条件对水热法制备的CuO．Ce02催化剂催化性能的影响。研究发现，氢气对CuO．Ce02催化剂在富氢气中对CO的氧化活性和选择性都有一定的抑制作用，而反应气中含有水和二氧化碳对CuO—Ce

5、02催化剂的CO的氧化活性有明显的抑制作用，但对其氧化选择性影响不大。该CuO．Ce02催化剂也具有良好的空速适应性和稳定性，经50h的稳定性试验，仍保持良好稳定的催化性能。论文还通过XRD、H2．TPR、UV-Raman、TEM、BET、TG．DTA、CO．TPSR、02．TPD和XPS等技术对CuO．Ce02催化剂的物理和化学性质进行了表征。根据氧化铜的分散形态以及价态的不同，将负载铜催化剂中氧化铜存在的种类归纳为和载体表面的氧空穴发生强作用的氧化铜、一维形态的高分散氧化铜、二维高分散的氧化铜簇、三维高分散的氧化铜簇和颗

6、粒、稳定在氧空穴中的Cu+、和体相氧化铜等六类分散形态。并根据实验结果，对氧化铜和氧化铈表面氧空穴之问作用大小进行了分类，证实了铜铈之间存在强作用(Strong—Interact，SI)、弱作用(Weak—Interact。WI)以及无作用(Null．Interact。NI)三种协同作用。铜铈之间作用的大小直接影响铜铈之间协同效应的大小，进而影响催化剂在富氢气中的CO的催化活性。关键词：CuO．Ce02，一氧化碳，富氢气，选择性氧化，协同作用，燃料电池Vl摘要AbastractFuelcellsarecalledthefor

7、thdynamoelectricequipmentfollowingwaterpower,firepowerandnuclearenergyasanefficientandcleanenergyresource，whichCansubstitutethegasengine．Theinternationalenergyorgnaziationforecastthatfuelcellsisoneofthemostattractedmethodsofgeneratingelectricityinthe21century,proto

8、nexchangemembranefuelcells(PEMFC)becomestheuptodatefuelcells，foritsmerits(thehighdensityofworkenergy,thelongworktime，therapidresponsion，thelowope