CuOCeO_2催化剂在CO-PROX反应过程中的价态变化及其耐温度变动性能.pdf

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1、CuO/CeO2催化剂在CO-PROX反应过程中的价态变化及其耐温度变动性能宋晓媛2015年1月中图分类号：O643.3UDC分类号：544.4CuO/CeO2催化剂在CO-PROX反应过程中的价态变化及其耐温度变动性能作者姓名宋晓媛学院名称化学学院指导教师高志明教授答辩委员会主席张韫宏教授申请学位理学硕士学科专业化学学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年1月ValenceStateChangeandResistancetoTemperatureChangesofCuO/CeO2Catalysts

2、inCO-PROXCandidateName：XiaoyuanSongSchoolorDepartment:SchoolofChemistryFacultyMentor:Prof.ZhimingGaoChair,ThesisCommittee：Prof.YunhongZhangDegreeApplied:MasterofScienceMajor：ChemistryDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：Jan.2015研究成果声明本人郑重

3、声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学硕士学位论文摘要质子交换膜燃料电池（PEMFC）稳定发电要求富氢气体中CO含量低于100ppm。CO选择氧化（CO-PROX）是除去富氢气体中CO的有

4、效方法。CuO/CeO2是该反应的有效催化剂。本文考察了浸渍法制备的CuO/CeO2系列催化剂在富氢气氛中对CO选择氧化的催化性能，讨论了Cu/Ce原子比、样品质量、升温降温方式、CO2的存在等因素对催化剂催化活性的影响，并对不同反应过程中催化剂的价态变化进行研究。主要内容如下：（1）采用浸渍方法制备了CuO/CeO2系列催化剂，其Cu/Ce原子比分别设定为5%、10%、15%、30%，焙烧温度恒定为600ºC。考察了该系列催化剂在模拟富氢气体（不含CO2）中，连续升温反应、连续降温反应、单温度点反应的催

5、化活性。实验结果表明，催化剂质量为200mg时，所有反应过程在120ºC时CO转化率达到或接近100%。Cu/Ce原子比为10%的催化剂显示出最优的催化性能。对反应后催化剂TPR分析可知，依反应温度和Cu/Ce原子比例不同，催化剂在CO-PROX反应过程中发生了不同程度的还原。（2）对上述制备的不同Cu/Ce原子比的催化剂，考察了其在模拟富氢气体（含CO2）中的连续升温反应、连续降温反应、升温降温循环反应的催化活性。结果表明，反应混合气中加入CO2后，催化剂在低温时CO转化率明显降低。一般情况下，在80º

6、C-100ºC时连续降温反应比连续升温反应活性高。连续CO-PROX反应后TPR结果表明，连续降温反应比连续升温反应后的催化剂状态复杂。由TPR峰面积可知，当反应气中加入CO2后，连续升温反应过程比不含CO2时连续升温反应过程中被还原的氧化铜量少。关键词：一氧化碳；选择氧化；氧化铜；二氧化铈；还原I北京理工大学硕士学位论文AbstractStablepowergenerationofprotonexchangemembranefuelcell(PEMFC)requireshighlypureH2withv

7、erylowCOcontents(＜100ppm).COpreferentialoxidation(CO-PROX)isoneoftheeffectivemethodsthatcanremoveCOinindustrialhydrogenrichgas.TheCuO/CeO2systemisaneffectivecatalystforthisreaction.Inthiscontext,theprincipalaimofthisworkistoevaluatetheperformanceofCuO/CeO

8、2catalystspreparedbyimpregnationfortheCO-PROXreactioninexcessofhydrogen.AtomicratioofCu/Ce,samplemass,temperaturechangesandthepresenceofCO2willbediscussedonthecatalyticactivity.Thedegreeofreductionofthecatalystsduri