富氢气氛下CeO_2-NiO纳米棒催化剂的CO选择性氧化性能研究

采用水热法制备了一系列不同Ce/Ni物质的量比的纳米棒CeO_2(x)-NiO催化剂。运用低温N_2吸附-脱附、XRD、TEM、拉曼光谱、H_2-TPR及XPS等技术对催化剂的形貌、结构进行了表征。考察了Ce/Ni物质的量比对CeO_2(x)-NiO催化剂形貌及富氢气氛下CO选择性氧化(CO PROX)反应性能的影响。TEM测试结果表明,调变Ce/Ni物质的量比可制得不同粒径的CeO_2(x)-NiO纳米棒催化剂。H_2-TPR测试结果表明,将NiO掺入CeO_2可提升Ce O_2(x)-NiO催化剂的氧化还原能力。拉曼光谱及XPS测试结果表明,镍含量较低时,CeO_2(x)-NiO催化剂表面活性氧物种及氧空位含量均较多,利于提升其催化性能。CO PROX催化性能测试结果显示,镍含量较低的CeO_2(0.89)-NiO纳米棒催化剂的活性和选择性最好,在170-220℃的反应条件下,CO转化率为100%,CO_2选择性为52%。     

草酸盐热分解法制备CeO_2负载CuO催化剂用于CO优先氧化反应

采用草酸盐热分解-浸渍法制备了一系列不同CuO负载量的CuO/CeO_2催化剂,并将其用于CO优先氧化(PROX)研究.当CuO负载量为10%时催化剂活性最高,具有温区最宽且温度最低的CO完全转化窗口(96~160℃),并且当反应温度低于131℃时,产物中CO2选择性始终保持100%.研究结果表明,当负载少量CuO时,Cu~(2+)离子会进入CeO_2晶格形成固溶体;进一步提高CuO负载量会导致CuO在CeO_2表面聚集.对于CuO/CeO_2催化剂,形成Cu-Ce固溶体会在催化剂表面生成大量的表面氧空位和Ce3+;Ce3+则与Cu~(2+)作用产生更多的表面Cu~+,而Cu~+是CO PROX的活性中心,因此表面Ce3+含量的提高和Cu-Ce之间相互作用的增强是活性提高的主要原因.与普通沉淀-浸渍法制备的CuO/CeO_2催化剂相比,草酸盐热分解-浸渍法制备的催化剂更有利于Cu-Ce固溶体的形成,从而具有更多的表面Ce3+和更强的表面Cu-Ce相互作用,因此具有更高的CO优先氧化活性.     

Dy和Y掺杂改性对CuO/CeZrO_2催化剂在富氢气氛中CO优先氧化催化性能的影响

采用水热-浸渍法制备了系列Dy和Y掺杂改性的CuO/CeZrO_2催化剂,使用X射线粉末衍射(XRD)、N_2吸附脱附和程序升温还原(H_2-TPR)等手段对催化剂进行了表征,研究了Dy和Y掺杂改性对CuO/CeZrO_2在富氢气氛中CO优先氧化催化性能的影响。结果表明,所制备的CuO-CeZrO_2催化剂均为萤石结构;添加适当比例的Dy_2O_3和Y_2O_3能增强活性组分与载体间的相互作用,有利于CuO活性组分的分散和低温还原能力的提高,从而改善了CuO/CeZrO_2用于CO优先氧化的催化活性。同时,掺杂Dy和Y能够提高CuO/CeZrO_2催化剂的抗CO_2抑制作用的能力,改善其催化稳定性。     

碘酸改性溶胶凝胶法制备CuO/CeO2催化剂及富氢条件下催化CO氧化

采用一种碘酸改性的柠檬酸溶胶-凝胶法制备了CuO/CeO₂催化剂, 研究其在富氢气氛中CO优先氧化反应(CO-PROX)的催化活性. 与传统柠檬酸溶胶-凝胶法制备的催化剂相比, 碘酸改性溶胶-凝胶法制备的催化剂活性更好. 程序升温还原、 X射线衍射、 透射电子显微镜和X射线光电子能谱等表征证明该催化剂粒径较小, 表面含有更多的Ce³⁺及还原性氧化铜物种, 有利于提高催化剂的催化活性.     

制备方法对CuO/CeO_2-ZrO_2催化CO低温氧化活性的影响

采用微波加热分解法(一步法)和微波加热处理共沉淀+浸渍法(两步法)制备了CuO/CeO2-ZrO2催化剂,并对其进行了X射线衍射、低温氮气吸附/脱附和程序升温还原等表征,采用色谱流动法考察了催化剂的催化CO低温氧化性能.结果表明,一步法比两步法更有利于使催化剂表面CuO高度分散,CuO与CeO2-ZrO2间的相互作用更强,CuO更容易被还原,从而具有更高的催化CO氧化活性.与CeO2-ZrO2有相互作用的高分散和小颗粒CuO有利于催化剂活性的提高,与CeO2-ZrO2无相互作用的大颗粒CuO对催化剂的活性有抑制作用.     

富氢气氛下CO选择性氧化催化剂Pt/γ-Al2O3中添加钴的作用

研究了Pt/γ-Al₂O₃催化剂上添加Co对降低Pt负载量的效应,同时通过XRD,CO-TPD,H₂-TPR和FTIR等手段对Co助催的Pt/γ-Al₂O₃催化剂进行了表征,藉此探讨了Co的改性作用.实验结果表明,在Pt/γ-Al₂O₃催化剂中添加Co可显著降低Pt的用量和改善低温活性.在Pt负载量为w_Pt=0.01,Co添加量为w_Co=0.015～0.03时,在ψ_O2/ψ_CO=1.0和120℃的较低温度下,CO转化率和O₂选择性分别高达99%和47%以上.在Pt/γ-Al₂O₃催化剂中添加的Co以不完全还原的CoO_x形态存在,不仅可以提供活泼氧与CO反应生成CO₂,而且影响Pt的电子性能,使之较难还原.Co的引入还削弱了CO在Pt上的吸附,使CO线式吸附物种消失,同时使碳酸氢盐和甲酸盐吸附物种增加.随温度升高,Co/Pt/γ-Al₂O₃催化剂上碳酸氢盐物种消失并转化成CO₂.     

CuO/CeO2催化剂的催化氧化性能及其表征

用CO流动反应法 ,程序升温还原 (TPR) ,光电子能谱 (XPS)和X射线衍射Rietveld分析等技术研究了CuO ,CeO2 及CuO/CeO2 各组分催化剂。结果表明 :单组分的CuO和CeO2 对CO的氧化活性较低 ,但CuO与CeO2 形成复合氧化物后 ,其CO氧化活性明显提高 ,这可能与铜物种在CeO2 表面的价态 (Cu2 + 和Cu+ ) ,分散状态和还原性能有关。CuO在CeO2 上的负载量对铜物种在CeO2 表面形成的价态 (Cu2 + 和Cu+ )至关重要 ,CuO的负载量为 1 0 %时 ,XPS检测不到Cu2p3/2 (eV)结合能 ;当CuO的负载量为 5 0 %时 ,CuO主要以Cu2 + 和Cu+ 形式存在 ,而负载量大于 5 0 %时 ,CuO则以Cu2 + 形式存在。由于形成了CuO/CeO2 复合氧化物 ,使离子半径小于Ce4 + 的CuO进入了CeO2 晶格 ;当CuO的负载量达到 5 0 %时 ,CuO的晶粒尺寸值为最小 ( 6 1nm) ,而晶格畸变值为最大 ( 2 86× 10 - 3) ,此时 ,催化剂具有较高的表面能和最佳的CO氧化活性     

负载型Pd-Cu催化剂的制备及富氢气氛下CO优先氧化性能

分别以Al₂O₃, SiO₂和C₃N₄为载体, 通过简单浸渍法制备了3种负载型Pd-Cu催化剂(PC-Al₂O₃, PC-SiO₂, PC-C₃N₄), 考察了其在室温下富氢气氛中CO优先氧化反应性能. 采用X射线衍射(XRD)、 傅里叶变换红外光谱(FTIR)、 氮气物理吸附仪(N₂-physisorption)、 氢气程序升温还原(H₂-TPR)、 二氧化碳程序升温脱附(CO₂-TPD)、 X射线光电子能谱(XPS)和原位漫反射傅里叶变换红外光谱(In situ DRIFTS)等手段对其进行了表征. 结果表明, 与PC-SiO₂和PC-C₃N₄相比, PC-Al₂O₃具有更高的CO优先氧化性能. 这是由于PC-Al₂O₃上形成了大量与Pd物种具有强相互作用的Cu₂Cl(OH)₃物种; 而PC-SiO₂中仅有少量的Cu₂Cl(OH)₃, 且与Pd物种相互作用较弱; PC-C₃N₄中Cu物种则更易与C₃N₄基质配位, 由此削弱了Pd, Cu之间的相互作用. 在反应气氛下PC-Al₂O₃表面还易形成具有更强CO活化能力的Pd⁺物种, 通过与大量Cu⁺物种紧密相互作用, 在一定程度上抑制Pd⁺被过度还原为Pd⁰, 从而维持了其催化活性. 与SiO₂和C₃N₄相比, Al₂O₃更适合负载Pd-Cu用于富氢气氛下CO优先氧化反应.     

富氢气中CO氧化脱除研究

富氢气中少量的CO会导致燃料电池电极中毒,质子交换膜燃料电池 (PEMFC) 的发展急需解决该问题。目前以催化氧化脱除富氢气中少量CO是较理想的方式。本文概述了富氢气中CO选择性氧化脱除的研究进展,并展望了今后研究的方向及应用前景。     

Effect of Addition of Base on Ceria and Reactivity of CuO/CeO2 Catalysts for Low-Temperature CO Oxidation

In this work, we have reported the influence of the addition of base (KOH) on the physicochemical property of ceria synthesized by alcohothermal process, and the alcohothermal mechanism was also put forward. Furthermore, the prepared CeO2 was used as the support to prepare CuO/CeO2 catalysts via the wet impregnation method. The samples were characterized by N2 adsorption-desorption, X-ray powder diffraction (XRD), high resolution transmission electron microscopy (HRTEM), and temperature-programmed reduction by H2 (H2-TPR). The catalytic properties of the CuO/CeO2 catalysts for low-temperature CO oxidation were studied using a microreactor-GC system. The crystal size of CeO2-A was much smaller than that of CeO2-B, and the corresponding copper oxide catalysts exhibited higher catalytic activity than that of the CeO2-B-supported catalysts under the same reaction conditions. The alcohothermal mechanism indicated that KOH plays a key role in determining the physicochemical and catalytic properties of ceria-based materials.     

Catalytic carbon monoxide oxidation over CuO/CeO2 composite catalysts

Summary CeO₂ nanoparticles were prepared by thermal decomposition of cerous nitrate and then used as supports for CuO/CeO₂ catalysts prepared via the impregnation method. The samples were characterized by XRD, HRTEM, H₂-TPR and XPS. The catalytic properties of the catalysts for low-temperature CO oxidation were studied by using a microreactor-GC system.     

Influence of ceria preparation method on the performance of CuO/CeO2 catalysts

Ceria were prepared by various processes. The prepared samples and commercial ceria were used as supports to prepare the CuO/CeO₂ catalysts via an impregnation method. The samples were characterized by using TEM, XRD, H₂-TPR, and their catalytic activities in low-temperature CO oxidation were also investigated.     

Preferential oxidation of CO in excess H2 over CeO2/CuO catalyst:Effect of calcination temperature

Different from the classical configuration CuO/CeO2 catalyst,the inverse configuration CeO2 /CuO catalyst (atomic ratio of Ce/Cu=10/100) was prepared by impregnation method.Five calcination temperatures were selected to investigate the interaction between CeO2 and CuO support.It is found that as calcination temperature increased from 500 to 900 C,sintering of CeO2 particles on the support occurred together with the diffusion of a portion of Ce 4+ ions into CuO crystals,forming solid solution.Formation of interface complex Ce-O-Cu was suggested by TPR measurements.The catalyst calcined at 700 C gives the highest activity for preferential oxidation of CO in excess H2 stream.     

不同方法制备的CeO2载体对CuO/CeO2催化剂水煤气变换活性和稳定性的影响

分别采用沉淀法(A), 水热法(B)和柠檬酸溶胶-凝胶法(C)制备了三种CeO2材料, 并以其为载体采用沉积-沉淀法制备了CuO/CeO2催化剂. 运用N2物理吸附、粉末X射线衍射(PXRD)、原位粉末X射线衍射(in situ PXRD)、氢气-程序升温还原(H2-TPR)和循环伏安法(CV)等技术对其进行了表征, 考察了不同方法制备的CeO2载体对CuO/CeO2水煤气变换(WGS)催化剂的结构、氧化-还原性能、催化活性和稳定性的影响. 结果表明, 它们的催化活性和稳定性顺序都是CuO/CeO2-A>CuO/CeO2-B>CuO/CeO2-C. 联系表征结果, CuO/CeO2催化剂的活性与催化剂中CuO的颗粒度、CuO的微观应力和中等大小且与二氧化铈相互作用的CuO的数量等有关, 而这些因素很大程度上受CeO2载体本身的热稳定性的影响. 根据CV中扫描次数的增加, Cu2+←→Cu0氧化还原峰面积减小, 推断CuO/CeO2催化剂在一定条件下氧化还原是不可逆的, 这可能是其在反应气氛下经受温度循环之后活性降低的原因.     

Co3O4/CeO2 CO氧化的原位红外光谱研究

采用沉淀氧化法制备了Co₃O₄/CeO₂催化剂。分别在干、湿条件下进行了一氧化碳氧化反应研究。运用FT-IR表征手段,在钴铈复合氧化物上进行了CO吸附及CO/O₂共吸附研究。结果表明,与纯的Co₃O₄样品相比,Co₃O₄/CeO₂具有明显的抗湿气能力。Co₃O₄/CeO₂催化剂在进行CO氧化时,表面形成了类碳酸盐物种。当环境温度低于453 K时,催化剂上类碳酸盐的生成与形成类碳酸盐物种后受热分解存在着动态平衡。当环境温度高于493 K,催化剂上生成的类碳酸盐物全部受热分解。氧化铈的加入提高了催化剂的抗湿气性能。较小粒径的Co₃O₄与CeO₂产生的强相互作用可使CeO₂向Co₃O₄提供氧,因而间接提供了CO氧化需要的氧。     

Influence of preparation methods on CuO-CeO2 catalysts in the preferential oxidation of CO in excess hydrogen

Influence of three different preparation methods, i.e. impregnation, coprecipitation, and inverse coprecipitation, on the preferential oxidation of CO in excess hydrogen （PROX） over CuO-CeO2 catalysts has been investigated and CuO-CeO2 catalysts are characterized using BET, XPS, XRD, UV Raman, and TPR techniques. The results show that the catalysts prepared by coprecipitation have smaller particle sizes, well-dispersed CuOx species, more oxygen vacancies, and are more active in the PROX than those prepared by the other methods. However. the inverse coprecipitation depresses the catalytic performance of CuO-CeO2 catalysts and causes the growth of CuO-CeO2 because of different pH value in the precipitation process.     

CeO2的形貌特征对Ni/CeO2催化剂CO甲烷化性能的影响

通过改变制备方法合成了不同形貌的CeO_2载体(包括球状CeO_2-S、花苞状CeO_2-F和多面体状CeO_2-P),并用氨水配位浸渍法制备了Ni/CeO_2催化剂。研究了CeO_2载体结构与Ni/CeO_2催化剂上CO甲烷化反应性能的关系。结果表明,CeO_2-S、CeO_2-F和CeO_2-P载体暴露的晶面和氧空位不同,对Ni/CeO_2催化剂催化活性影响也不相同。CeO_2-S氧空位最多,Ni/CeO_2-S在350℃下CO转化率和CH4选择性分别达到99.19%和88.88%。10 h热稳定性测试结果表明,Ni/CeO_2-S催化剂上的积炭量最少(2.5%),CH4选择性一直保持在80%左右,分别是Ni/CeO_2-F的1.3倍和Ni/CeO_2-P的17.6倍。这主要归因于CeO_2-S载体比表面积较大,主要暴露[111]晶面,且表面氧空位含量较多,使Ni/CeO_2-S催化剂的载体与活性中心的相互作用增强,从而呈现出优异的抗积炭性能。