铈镧比对CexNi0.5La0.5-xO系催化剂甘油氧化蒸汽重整制氢性能的影响

利用共沉淀法制备了CeO₂和La₂O₃复合载体的Ce_xNi_0.5La_0.5-xOO(CeNiLaO)系催化剂,在固定床反应器中考察其甘油氧化蒸汽重整制氢(OSRG)性能,并采用X射线衍射(XRD)、程序升温还原(H₂-TPR)、激光拉曼光谱(Raman)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)等手段对催化剂进行表征分析。结果表明：La₂O₃能够有效地分散Ni颗粒,减弱Ni颗粒在反应过程中的烧结,CeO₂提供的晶格氧能够消除催化剂表面的积碳,同时La会部分进入Ce的晶格取代部分Ce⁴⁺造成晶格畸变,提高表面的氧空穴数。La₂O₃和CeO₂的共同作用有利于减弱Ni因为烧结和积碳引起的失活。在不同Ce/La摩尔比的催化剂中,Ce_0.4Ni_0.5La_0.1O表现出最好的催化活性,并且该催化剂在长达210 h的稳定性测试中,甘油的转化率都在95%以上,气相产物中的氢气浓度达50%。     

Ce0.5Zr0.5O2修饰的Ni/SiC、Fe/SiC和Co/SiC催化燃烧甲烷性能

以铈锆固溶体(Ce0.5Zr0.5O2)修饰的高比表面积SiC为载体,采用两步浸渍法制备了Ni、Fe和Co基催化剂,研究了其在煤层气催化燃烧脱氧中的催化活性和稳定性.利用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、比表面积(BET)、热重分析(TGA)和H2程序升温还原(H2-TPR)对催化剂进行了表征.分析结果表明,Ni、Fe和Co部分进入Ce0.5Zr0.5O2固溶体晶格内部,导致催化剂体相形成更多的缺陷;同时Ce0.5Zr0.5O2固溶体有助于加速金属氧化物和金属之间氧化还原过程的进行,促进了氧吸附、传输和对甲烷的活化.另外,SiC和Ce0.5Zr0.5O2固熔体良好的抗积碳性能,有效避免了催化剂在富甲烷反应气氛中因积碳而失活,从而使三种催化剂均具有优良的催化燃烧脱氧活性和稳定性.其中,Co/Ce0.5Zr0.5O2/SiC活性最高,可在320℃活化催化甲烷,并在410℃实现完全脱氧.     

Ce0.5Zr0.5O2修饰的Ni/SiC、Fe/SiC和Co/SiC催化燃烧甲烷性能

以铈锆固溶体(Ce0.5Zr0.5O2)修饰的高比表面积SiC为载体,采用两步浸渍法制备了Ni、Fe和Co基催化剂,研究了其在煤层气催化燃烧脱氧中的催化活性和稳定性.利用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、比表面积(BET)、热重分析(TGA)和H2程序升温还原(H2-TPR)对催化剂进行了表征.分析结果表明,Ni、Fe和Co部分进入Ce0.5Zr05O2固溶体晶格内部,导致催化剂体相形成更多的缺陷;同时Ce0.5Zr0.5O2固溶体有助于加速金属氧化物和金属之间氧化还原过程的进行,促进了氧吸附、传输和对甲烷的活化.另外,SiC和Ce0.5Zr0.5O2固熔体良好的抗积碳性能,有效避免了催化剂在富甲烷反应气氛中因积碳而失活,从而使三种催化剂均具有优良的催化燃烧脱氧活性和稳定性.其中,Co/Ce0.5zr0.5O2/SiC活性最高,可在320 ℃活化催化甲烷,并在410 ℃实现完全脱氧.     

掺杂型烧绿石La_2Sn_(1.7)Co_(0.3)O_(7-δ)逆负载CeO_2催化剂的甲烷催化燃烧性能

用溶胶凝胶-浸渍法在900℃煅烧3 h后制备了烧绿石逆负载型催化剂Ce O2/La2Sn1.7Co0.3O7-δ,并用于甲烷催化燃烧反应,显示出较好的催化燃烧活性.催化剂还具有良好的高温热稳定性和可重复利用性能,可使甲烷转化90%的温度(T90)降到564℃,与相同条件下制备的单一烧绿石型催化剂La2Sn1.7Co0.3O7-δ和La2Sn1.7Co0.3O7-δ与Ce O2机械混合的催化剂相比,T90分别降低78和135℃.X射线衍射结果表明,烧绿石型逆负载催化剂具有Ce O2和La2Sn1.7Co0.3O7-δ2种物相,在逆负载型催化剂中的Ce O2比机械混合催化剂中的Ce O2分散程度更好;H2程序升温还原实验也证实逆负载催化剂Ce O2/La2Sn1.7Co0.3O7-δ的相应3个还原峰温度均比单一烧绿石型催化剂La2Sn1.7Co0.3O7-δ相应3个还原峰温度明显降低;透射电子显微镜和原子力显微镜结果表明,逆负载催化剂Ce O2/La2Sn1.7Co0.3O7-δ抗烧结能力强,颗粒分散均匀,粒径尺寸相应较小;穆斯堡尔谱和X射线光电子能谱结果证明逆负载催化剂Ce O2/La2Sn1.7Co0.3O7-δ结构中结晶相Sn4+含量较高,表面晶格氧数量较多,这是烧绿石逆负载型催化剂具有良好甲烷催化燃烧性质的主要原因.     

La_(0.5)Pr_(0.5)Ni_(0.7)Co_(0.3)O_3在乙醇水蒸气重整中催化性能研究

用共沉淀法制备了La_(0.5)Pr_(0.5)Ni_(0.7)Co_(0.3)O_3钙钛矿氧化物催化剂,用XRD、SEM、TPR、TG等对La_(0.5)Pr_(0.5)Ni_(0.7)Co_(0.3)O_3钙钛矿氧化物的晶相结构、还原性能及反应50 h后的La_(0.5)Pr_(0.5)Ni_(0.7)Co_(0.3)O_3钙钛矿氧化物表面积碳情况进行了分析,同时用微反色谱装置在不同的反应温度条件下的La_(0.5)Pr_(0.5)Ni_(0.7)Co_(0.3)O_3钙钛矿氧化物的初活性、氢气平均选择性和积碳性能进行了探讨。结果表明,La_(0.5)Pr_(0.5)Ni_(0.7)Co_(0.3)O_3钙钛矿氧化物在乙醇水蒸气重整反应中具有较好的低温初活性和氢气的选择性,乙醇的平均转化率和氢气的选择性随着反应温度的升高而增大。当温度大于550℃时,转化率增幅不大,氢气的平均选择性在600℃时有所下降。反应温度升高催化剂的积碳量有所增多,积碳主要是不定型碳。     

低镍甲烷化催化剂中镍和氧化镧的分散研究

本文用X射线衍射法(XRD), 透射电镜(TEM), 配合电子衍射对Ni/Al2O3,Ni/γ-Al_2O_3-La_2O_3等催化剂中镍晶粒度和La_2O_3的分散状态进行了测量和讨论。用透射电镜测量了不同La_2O_3含量的催化剂中镍晶粒度分布, 其平均直径可与X射线宽化法测定值相比较。催化剂中随La_2O_3加入量的增加, Ni晶粒有细化趋势, 从而提高了甲烷化催化活性。对La_2O_3在γ-Al_2O_3表面作密置单层分散的模型提出了新的旁证, 并推断由于La_2O_3在γ-Al_2O_3表面高分散并产生较强相互作用, 使γ-Al_2O_3接近表层晶格发生畸变。     

钴掺杂Sr1.5La0.5MnO4的合成及高温电化学性能研究

采用EDTA-柠檬酸法合成了中温固体氧化物燃料电池阴极材料Sr_(1.5)La_(0.5)Mn_(1-x)Co_xO_4(SLMCOx),并利用粉末X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)以及电化学交流阻抗谱(EIS)进行表征。结果表明,该材料与Ce0.9Gd0.1O1.95(CGO)在1 200℃烧结12 h不发生化学反应。随着Co掺入量的增加,氧化物中Mn~(3+)和Co~(2+)含量增多,晶格氧含量降低,晶格畸变率增大。交流阻抗谱(EIS)测试结果显示,钴的掺杂明显降低电极的极化电阻,其中Sr_(1.5)La_(0.5)Mn_(0.7)Co_(0.3)O_4阴极在700℃空气中的极化电阻为0.62Ω·cm~2,明显小于Sr_(1.5)La_(0.5)MnO_4阴极在750℃的极化电阻(1.5Ω·cm~2),表明钴掺杂的Sr_(1.5)La_(0.5)Mn_(1-x)CoxO_4是一种潜在的IT-SOFC阴极材料。     

磷酸盐的添加对甲烷氧化偶联反应镧基催化剂的影响

采用柠檬酸法制备了不同含量磷酸盐修饰的镧基催化剂,考察了磷酸盐的添加对镧基催化剂甲烷氧化偶联反应(OCM)活性的影响,并借助X射线衍射(XRD)、O_2-程序升温脱附(O_2-TPD)及X射线光电子能谱(XPS)等手段对催化剂的理化性质进行了表征.结果表明,随着磷酸盐加入量的增大,催化剂样品的粒径逐渐减少,催化剂的物相由La_2O_3向La_3PO_7和LaPO_4逐步转变.当催化剂的物相由La_2O_3和适量的La_3PO_7构成时,催化剂具有较多的表面缺陷位点数和较大的亲电氧物种/晶格氧物种比值,并呈现出良好的OCM反应性能.     

尿素研磨燃烧法合成Ce_(0.8)Zr_(0.2)O_2固溶体对乙硫醇催化分解的研究

采用尿素研磨燃烧法快速制备Ce_(0.8)Zr_(0.2)O_2固溶体催化剂,考察不同焙烧温度下Ce_(0.8)Zr_(0.2)O_2固溶体常压下催化分解乙硫醇的活性。利用XRD,TEM,BET,H2-TPR,XPS和Raman等方法对催化剂的物化性质、表面结构进行研究。结果表明:Ce_(0.8)Zr_(0.2)O_2固溶体对乙硫醇催化降解有较好活性。在一定范围内升高焙烧温度有利于更多Zr4+进入Ce O2晶格,从而增加氧空位浓度,但过高的温度会使催化剂颗粒团聚,并降低催化剂表面吸附氧的相对含量,导致催化剂比表面积降低。600℃焙烧的Ce0.8Zr0.2O2固溶体表现出对乙硫醇催化分解最佳活性,得益于催化剂表面Ce3+浓度、氧空位浓度与比表面积的协同作用。一方面,这些表面Ce3+浓度与催化剂氧空位浓度,有利于氧迁移,对催化分解反应有促进作用,另一方面催化剂比表面积越大,越有利于反应物吸附、暴露更多活性位点,进而增加催化活性。     

Mn_xCo_(2.5-x)Al_(0.5)O_4尖晶石型三元复合氧化物催化分解N_2O(英文)

用溶胶凝胶法制备了一组Mn_xCo_(2.5-x)Al_(0.5)O_4尖晶石型三元复合氧化物,用于有氧气氛下的N_2O催化分解反应.用N_2物理吸附、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、H_2程序升温还原(H_2-TPR)、O_2程序升温脱附(O_2-TPD)、X射线光电子能谱(XPS)等技术对催化剂进行了结构表征,考察了催化剂组成、母液pH、K负载量等制备参数对其催化活性的影响.结果表明:K的加入弱化了催化剂表面的金属-氧化学键,有利于表面氧物种的脱除,改性催化剂有较高的催化活性和抗水性,其中母液pH=2、K/(Mn+Co)比为0.02的K/Mn_(0.2)Co_(2.3)Al_(0. 5)O_4催化剂活性较高,该催化剂在有氧、有氧有水气氛400℃连续反应50 h,N_2O转化率分别达98.5%和76.5%.     

改性Al_2O_3对单钯催化剂净化甲醇性能的影响

以稀土助剂Ce,Zr,La改性的Al_2O_3为载体,采用等体积浸渍法制备了一系列单Pd催化剂,运用低温N2吸附-脱附,X射线衍射(XRD),H2程序升温还原(H2-TPR),CO2-程序升温脱附(CO2-TPD),X射线光电子能谱(XPS)对催化剂进行表征,并考察其对甲醇的催化氧化性能以及对氧的利用性能。结果表明:Ce与Al_2O_3可形成均一的固溶体结构,改善催化剂的还原性能,增加金属与载体界面上晶格氧的浓度,进而提高催化剂对氧的利用性能,使氧完全利用窗口宽至0%~1.88%;La通过电子效应改善了Pd与载体间相互作用,重新分配催化剂表面碱性位,生成有利于甲醇活化的Lewis强碱性位,并使Pd向高氧化态过渡,两者协同作用改善了催化剂对甲醇的催化活性,T50,T90以及ΔT分别降低28,52和24℃;Zr引起催化活性下降可能与碱性位数量减少以及较低氧化态的Pd物种的存在有关。3种助剂助催化效果递变规律为:La2O3Ce O2Zr O2。     

La-Ce-Cu系列催化剂SO2中毒机理研究

采用NH_4NO_3共熔法合成La－Ce－Cu系列样品，并通过XRD分析了样品的相组成。XRF证明了系列样品组成均为氧缺陷型化合物．用TEM研究了样品的表面结构，发现随着SO_2中毒的加深，Cu向表面偏析与S结合生成新的化合物，导致了原晶体结构的变形，同时证明纯CeO_2不发生S中毒．XPS研究表明：样品La_(.029)Ce_(0.57)Cu_(0.14)O_x中毒后Cu从La_2CuO_4中分解出来并与S结合生成CuSO_4；相应的CeO_2参与了中毒反应，生成Ce_2O_3,整个中毒反应如下：La_2CuO_4＋2CeO_2＋SO_2＝CuSO_4＋La_2O_3＋Ce_2O_3     

非化学计量组成Ba_(1.03)Ce_(0.5)Zr_(0.4)La_(0.1)O_(3-α)的化学稳定性和离子导电性

用高温固相反应法合成了非化学计量组成的Ba1.03Ce0.5Zr0.4La0.1O3-α质子导体.粉末X射线衍射(XRD)结果表明,该材料为单一钙钛矿型BaCeO3斜方晶结构,在高温下、CO2或水蒸气气氛中具有较高的稳定性.扫描电子显微镜(SEM)观察分析表明,材料经1550℃烧结20h非常致密.在500～900℃温度范围内,用交流阻抗谱技术测定了材料在湿润氢气和湿润空气气氛中的电导率;用气体浓差电池方法测定了材料在湿润氢气、湿润空气气氛中和氢-空气燃料电池条件下的离子迁移数,研究了材料的离子导电特性,并与化学计量组成的BaCe0.5Zr0.4La0.1O3-α材料进行了比较.结果表明,在500～900℃温度范围内、湿润氢气气氛中,Ba1.03Ce0.5Zr0.4La0.1O3-α材料的质子迁移数为1,是一个纯质子导体.在湿润空气气氛中,材料的氧离子迁移数为0.688～0.170,质子迁移数为0.218～0.017,是一个氧离子、质子和电子空穴的混合导体.在氢-空气燃料电池条件下,材料的离子(氧离子+质子)迁移数为0.990～0.796,是一个氧离子、质子和电子的混合导体.与化学计量组成的BaCe0.5Zr0.4La0.1O3-α材料相比较,在相同实验条件下非化学计量组成的Ba1.03Ce0.5Zr0.4La0.1O3-α材料具有较高的电导率和离子迁移数.     

氧化锆改性的Ni/LaAl_(11)O_(18)用于CO甲烷化反应:催化剂结构对催化性能的影响（英文）

对于煤制天然气,CO甲烷化技术起着重要作用,其研究核心之一是高效催化剂的开发.目前,CO甲烷化催化剂主要采用金属Ni作为活性组分,但存在高温易烧结和易积炭等问题.因此,如何使其同时具有较高的催化活性和高温稳定性是亟待解决的问题.针对这些问题,本文以高热稳定性的六铝酸镧(La Al11O18)为载体,采用浸渍法担载金属镍,制备了Ni/LaAl_(11)O_(18)催化剂;以高化学惰性的ZrO_2为包覆层,采用改进的连续吸附反应法,将ZrO_2前驱体液相沉积在Ni/LaAl_(11)O_(18)表面进行改性,制备了具有包覆结构的Ni/LaAl_(11)O_(18)@ZrO_2甲烷化催化剂.探讨了ZrO_2在Ni/LaAl_(11)O_(18)表面的分布形式以及不同沉积包覆量对催化剂结构、CO甲烷化催化剂活性和稳定性的影响.分别采用氮气物理吸附、X射线衍射、透射电镜、扫描电镜、氢气程序升温还原、氢气程序升温脱附、X射线光电子能谱、热重分析和电感耦合等离子体原子发射光谱法等手段对催化剂进行了系统表征.结果表明,ZrO_2纳米粒子能够同时分布在催化剂活性组分和载体表面,增加了金属-载体间相互作用力,高温还原时可以有效抑制活性金属Ni的烧结,成功构筑了具有显著限域结构的包覆型催化剂.同时,ZrO_2的包覆不利于金属的氢气化学吸附.在常压,260-600 oC和120 L g~(-1) h~(-1)条件下对催化剂进行了催化活性测试.结果显示,与未改性的催化剂相比,包覆后催化剂上CO转化率略有降低,但是其CH4选择性明显提高,适量的ZrO_2包覆对CH_4得率有较好的促进作用,但是过量的ZrO_2包覆会因占据过多的金属镍表面使得CO转化率显著降低.在常压,550 oC和120 L g~(-1) h~(-1)空速的操作条件下所进行的107 h稳定性测试结果表明,包覆型Ni/LaAl_(11)O_(18)@ZrO_2催化剂展示了良好的高温稳定性,具有优异的抗烧结和抗积碳性能.这主要是因为包覆型催化剂具有良好的"限域"效应,从而显著改善了催化剂的抗烧结性能;同时较强的金属-载体相互作用以及ZrO_2助剂对CO_2的活化提升了催化剂的消碳能力,增强了Ni/LaAl_(11)O_(18)@ZrO_2催化剂的抗积碳能力.总之,本文构筑了一种高稳定性的包覆型催化剂Ni/LaAl_(11)O_(18)@ZrO_2,可广泛应用到其他多种高温反应中.     

MnOx/CeO2纳米棒催化剂在低温NH3-SCR反应中的阳离子(Zr4+,Al3+,Si4+)掺杂效应

低温脱硝技术由于具有无需再加热烟气、方便燃煤电厂脱硝改造以及适用于一些烟气温度较低的非电力行业脱硝场合等优点,吸引了越来越多研究者的关注.低温脱硝催化剂是该技术中最关键的单元,因此其配方开发及相关工作已成为近年来的研究热点之一.商业化V_2O_5-WO_3/TiO_2催化剂在300–400°C的固定源烟气脱硝中表现出优异的性能,然而其低温脱硝性能却差强人意.并且,V_2O_5具有生物毒性,会造成二次污染.因此,低温脱硝催化剂的开发主要集中在环境友好的非钒基催化剂上.其中,MnO_x基催化剂由于具有优异的低温脱硝性能而成为重点研究对象.特别是MnO_x/CeO_2催化剂由于Ce O_2良好的氧化还原性能和较高的储释氧容量,引起了低温脱硝领域越来越多研究者的兴趣.然而,众所周知,CeO_2的比表面积和热稳定性并不令人满意.幸运的是,研究表明,阳离子掺杂可有效地克服CeO_2的上述缺点.此外,随着纳米材料制备科学与技术的发展,不同形貌的CeO_2已经能可控合成.研究表明,CeO_2纳米棒比其它形貌的CeO_2更适合用作载体,因为Ce O_2纳米棒主要暴露的{110}晶面易于形成氧空位以及与表面分散组分产生强相互作用.因此,在本工作中,我们在CeO_2纳米棒的晶格中掺入热稳定的Zr~(4+),Al~(3+),Si~(4+)等阳离子以提高其比表面积和热稳定性,并以该CeO_2纳米棒为载体负载MnO_x,考察了Zr~(4+),Al~(3+),Si~(4+)等阳离子掺杂对MnO_x/Ce O_2纳米棒催化剂低温脱硝性能的影响,筛选出最佳的掺杂离子.对制备的样品进行了透射电子显微镜、高分辨透射电子显微镜、X射线衍射、拉曼光谱、氮气物理吸附、氢气程序升温还原、氨气程序升温脱附、氨气吸附原位漫反射红外光谱和X射线光电子能谱等一系列表征分析,并利用氨气-选择性催化还原(NH_3-SCR)反应评价了其脱硝性能和抗水抗硫性能.结果表明,Si~(4+)掺杂的MnO_x/CeO_2纳米棒(MnO_x/CS-NR)催化剂具有最多的氧空位、表面酸性位和Mn~(4+)因而表现出最佳的脱硝活性.由于其氧化还原性能适当减弱,有效地抑制了氨气的非选择性催化氧化,从而表现出最低的N_2O生成量.此外,MnO_x/CS-NR催化剂还显示出最佳的抗水抗硫性能.综上所述,Si~(4+)是MnO_x/CeO_2纳米棒催化剂的最佳掺杂离子.     

Co3O4/Ce0.8Pr0.2O2催化剂用于乙醇水蒸气重整反应的研究

采用共沉淀法制备了Co3O4/Ce0.8Pr0.2O2催化剂,并将其用于乙醇水蒸气重整制氢反应,考察了Co3O4负载量以及Pr掺杂对催化剂性能的影响.采用X射线衍射、程序升温还原、热重分析和透射电子显微镜对催化剂的结构和表面性质进行表征.结果表明,催化剂中部分Co进入到载体的晶格中,使载体发生畸变产生更多的氧空位;载体中Pr掺杂有利于生成更多的氧空位,提高了催化剂的抗积碳性能,同时Pr掺杂可以增强Co3O4与载体之间的相互作用,提高金属Co的抗烧结性能;15%Co3O4/Ce0.8Pr0.2O2催化剂具有最好的催化活性,在反应温度为400℃,空速80 000 mL/(g.h),n(H2O)∶n(EtOH)=3的条件下可将乙醇完全转化;10 h稳定性测试结果表明该催化剂具有较好的稳定性.     

采用射频热等离子体合成Ni-CeO_2催化剂用于甲烷部分氧化(英文)

采用射频热等离子体制备了Ni含量为50 mol%的Ni-CeO_2催化剂,考察了其在甲烷部分氧化反应中的催化活性.在催化剂制备过程中,采用板功率为52 kVA的射频等离子体火炬将Ni(直径约5μm)和CeO_2粉末(直径约200 nm)混合物同时加热,粉末添加速率约为120 g/h.X射线衍射和透射电镜表征结果表明,所用前驱体形成了高结晶的CeO_2载体,其表面Ni颗粒的粒径较小(50 nm).在常压、500 oC以上、反应物中CH_4:O_2=2:1(摩尔比),并用Ar稀释的条件下考察了所制样品的甲烷部分氧化反应性能.结果表明,尽管所制样品中Ni含量较高(~50 mol%),但在550 oC反应24 h后,甲烷转化率为70%以上,CO和H_2选择性大于90%,有少量积碳.然而,在750 oC反应24 h时,催化剂表面形成了丝状碳,甲烷转化率升至90%以上.     

Ni/La_2O_3/Al_2O_3催化剂上甲烷干重整积炭表征与分析(英文)

用传统的等体积浸渍法或蒸发法制备了Ni/La_2O_3/γ-Al_2O_3与Ni/La_2O_3/α-Al_2O_3催化剂,在没有稀释气体的条件下进行了甲烷干重整反应.采用H_2程序升温还原、N_2吸附脱附、X射线衍射、透射电子显微镜、热重-差示扫描热量以及程序升温加氢等手段对新鲜的与反应后的催化剂以及沉积的碳进行了表征.结果表明,催化剂上有四种含碳物种,以三种形态存在,即无定形碳(聚合态)、丝状碳或石墨碳.这些催化剂上积炭的数量与种类各不相同,依赖于催化剂中金属Ni颗粒的大小与载体的织构特性.丝状碳的形成及其形貌与金属Ni颗粒的大小有着密切的联系.Ni颗粒小于15nm时能抑制丝状碳的形成与沉积.减少积炭的数量,同时能产生较多的活性C_a物种,从而在一定程度上导致催化剂具有较好的活性与稳定性.     

A位离子掺杂种类对La_(0.7)M_(0.3)Ni_(0.7)Fe_(0.3)O_3(M=Pr,Y,Sr,Zr,Ce)催化性能的影响

以聚苯乙烯胶晶(PS)为模板剂,用共沉淀法分别制备了La0. 7M0. 3Ni0. 7Fe0. 3O3(M=Pr、Y、Sr、Zr和Ce)钙钛矿复合氧化物,以乙醇水蒸气重整反应为探针,探讨了A位离子掺杂种类对La0. 7M0. 3Ni0. 7Fe0. 3O3催化活性、选择性以及积碳性能的影响。结果表明,掺杂离子均能进入了La Ni0. 7Fe0. 3O3钙钛矿晶格中,掺杂离子种类影响其晶相结构,掺杂Ce离子的样品产生较多的晶格缺陷,表面结构疏松,孔道丰富,表面吸附较多的活性氧物种,比表面积和孔径均较大。A位掺杂后钙钛矿复合氧化物还原温度有所降低,同时掺杂种类影响金属中心的形成,掺杂Ce离子的样品在还原过程中产生较多的金属中心。乙醇重整制氢反应的活性和抗积碳性能取决于样品表面活性氧物种和还原过程中产生的金属中心,表面活性氧物种协同金属中心有利于提高钙钛矿复合氧化物的活性和稳定性。     

二氧化铈促进钴氧化物表面氧化一氧化碳的原位表征研究

CO氧化由其广泛的应用而成为催化领域中研究的重要反应,Co_3O_4催化剂具有价格低廉、催化活性高等优点而引起研究者的关注,其中,催化剂的结构、表面特性及反应机理等是研究的重点.催化剂的原位研究对观察相变过程,理解相应的表面化学反应和反应机理起着重要的作用.本文采用煅烧法制备了Ce O_2掺杂的Co_3O_4,并对其催化CO氧化反应性能进行了研究.通过扫描电镜、高分辨率透射电镜、拉曼光谱和X射线光电子能谱对催化剂的微观结构和形态进行了表征.通过原位X射线衍射(原位XRD)和原位漫反射红外傅立叶变换光谱(原位DRIFTS)表征了Ce O_2掺杂Co_3O_4对CO氧化的效果.原位XRD测试是在氢气气氛中进行,借以评估催化剂的氧化还原特性.结果表明,由于Ce O_2的补氧能力,CeO_2掺杂可以提高Co~(2+)的还原能力,并促进了Co~(3+)-Co~(2+)-Co~(3+)循环.采用原位DRIFTS对CeO_2改性的Co_3O_4表面吸附的碳酸盐物种进行了探究.结果表明,吸附碳酸盐物种的CeO_2掺杂Co_3O_4催化剂的红外峰与纯Co_3O_4相比有所不同.CeO_2掺杂的Co_3O_4上吸附的碳酸盐物种较为活泼,其与催化剂表面的结合作用力比较弱,不会覆盖催化剂表面的活性位点,能有效抑制催化剂的失活.本文揭示了CeO_2掺杂Co_3O_4促进CO氧化的机理,为设计高效氧化CO的催化剂提供了理论支持.原位XRD的结果表明,由于CeO_2的补氧能力,引入CeO_2可以显著提高Co~(2+)的稳定性.换句话说,它可以通过降低Co~(2+)的氧化能力来提高Co~(2+)的还原能力,有利于促进Co~(3+)-Co~(2+)-Co~(3+)循环的稳定性,从而使Co~(2+)更容易转化为Co~(3+).原位DRIFTS表明,在某种程度上,吸附在CeO_2-Co_3O_4表面的碳酸盐物种呈游离态,与催化剂表面的结合作用力较弱.这种类型的碳酸盐更活泼,而且不会像那些强作用在催化剂表面的碳酸盐物种那样使表面钝化.CeO_2-Co_3O_4与Co_3O_4的表面吸附的碳酸盐物种的差异是由于引入的CeO_2对氧化钴表面进行修饰改性的结果.在高温和N_2气氛下进行预处理后,CeO_2表面变得光洁且形成了一些氧空位,其特殊的储氧能力通过弱吸附氧使其表面更加活泼.这些结果证实,经过CeO_2的修饰后,氧化钴表面更加活泼,且更适合CO氧化反应的发生.