表面活性剂模板法制备CeO_2/CuO催化剂用于富氢气氛中CO优先氧化

采用表面活性剂模板法合成了一组不同配比的CeO2/CuO催化剂,使用高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、X射线粉末衍射(XRD)、N2吸附脱附和程序升温还原(H2-TPR)等测试手段对催化剂进行了表征,并对其在富氢气氛中CO优先氧化的催化性能进行了研究。结果表明,立方相萤石结构的氧化铈颗粒粒径在4 nm左右,它们聚集成小簇后分散在块状氧化铜的表面;从粒径分布来看所制备的催化剂是逆负载型催化剂。催化性能测试结果显示,CeO2/CuO催化剂中有两种类型吸附位的存在,即由CuO提供的化学吸附位和由氧化铈提供的氧空位,而界面处两种类型吸附位的共存促进了CO的优先氧化。     

CuO/CeO2-MOx(M=C0,Mn,Al和La)催化剂富氢条件下CO氧化性能的研究

研究了MOx(M=Co,Mn,Al和La)对CuO/CeO2催化剂富氢条件下CO选择性氧化性能的影响,并运用XRD,XPS,BET,TPR和TPD等手段对催化剂进行了表征.结果表明,MnOx和Co3O4的引入能提高CuO/CeO2催化剂富氢条件下CO选择性氧化的活性,其中以MnOx的改性效果最好,80 ℃时CO转化率达58%,140℃为100%.与其他CuO/CeO2-MOx催化剂相比,CuO/CeO2-MnOx催化剂中活性组分与载体的相互作用较强,铜原子外电子云密度升高,表面Cu和晶格氧含量较多,CO的吸附量较大.     

载体对Cu基催化剂富氢条件下CO氧化性能的影响

燃料电池是一种高效和环境友好的能源装置,其中质子交换膜燃料电池（PEMFC）以其工作温度低、低温启动性能好、功率密度和能量转换效率高等优点而广受关注[1].目前,PEMFC所需要的氢气一般通过醇或烃类的重整获得,但所得的氢气含有浓度较高的、使燃料电池Pt电极中毒的CO,导致电池失效,CO的选择性（优先）催化氧化（PROX）在众多去除CO的方法中被认为是最直接有效的一种.     

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.     

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     

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.     

Au／Co3O4-CeO2催化剂对氢气中一氧化碳优先氧化的催化性能

沉积沉淀法制备的Au／Co3O4-CeO2催化剂在富氢气氛中优先氧化CO表现了较高的活性和选择性。研究发现。该催化剂的性能受载体老化温度、组成载体的两种氧化物的质量比和载金温度等因素的影响。在反应气中添加15％的CO2对催化剂的性能影响较大；进一步添加10％的水后CO的转化率显著升高，说明该催化剂具有良好的抗水性能。且在水和CO2存在的条件下表现了较好的稳定性。     

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%。     

碳纳米管负载Cu-Co复合氧化物的富氢气氛中CO催化消除

采用超声处理辅助浸渍法制备了多壁碳纳米管负载的Cu-Co复合氧化物催化剂. 利用XRD、TEM、H2-TPR、XPS和Raman光谱等表征了催化剂的结构性质. 在Cu和Co氧化物以及金属氧化物与碳纳米管载体间存在强相互作用. 催化剂在富氢气氛中CO催化消除反应中,与单一Cu或Co催化剂相比,Cu-Co复合氧化物催化剂表现出独特的反应特性,特别是在较高反应温度下可同时结合CO优先氧化和CO甲烷化的反应途径来实现高效CO消除. 当Cu/Co比为1/8时活性最优,可以实现在150-250℃和高反应空速 （120 L/（h·g））富氢气氛中CO的完全消除.     

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.     

Influence of reduction energy match among CuO species in CuO-CeO2 catalysts on the catalytic performance for CO preferential oxidation in excess hydrogen

In the present study, we have investigated the reducibility of CuO species on CuO-CeO2 catalysts and the influence of CuO species on the catalytic performance for CO preferential oxidation (CO PROX) in excess hydrogen. It is revealed that the smaller the difference of reduction temperature (denoted as ?T) for two adjacent CuO species is, the higher the catalytic activity of CuO-CeO2 for the PROX in excess hydrogen may be obtained. It means that if the reduction energy of Cu0-Cu2+ pairs matched better, the reduction-oxidation recycle of Cu0-Cu2+ pairs would go on more easily, then the transferring energy of Cu0-Cu2+ pairs would be lesser. Therefore, the CuO-CeO2 catalysts will be largely improved in their catalytic performance if the different CuO species on the catalysts have matched the reduction energy, which would allows them to cooperate effectively.     

Influence of pH values in the preparation of CuO-CeO2 on its catalytic performance for the preferential oxidation of CO in excess hydrogen

CuO-CeO2 catalyst prepared with co-precipitation showed high catalytic performance for the preferential oxidation of CO in excess hydrogen (PROX). Influence of pH values in the preparation of CuO-CeO2 on its catalytic performance was investigated in this work. The CuO-CeO2 catalyst prepared at pH = 13.03 had the smallest particle size (5.4 nm), the largest surface areas (138 m2/g) and the highest activity with CO conversion of 99.6% at 130 ℃. The CuO-CeO2 catalyst was characterized using BET, XRD and TPR techniques. The results showed that when the pH value of the mixed solution containing Cu and Ce species was properly adjusted, both the adsorption layers and diffusion layers of the formed colloidal particles in hydroxide precursor of CuO-CeO2 were modified, resulting in the better catalytic performance for PROX on the final CuO-CeO2 catalyst.     

La2O3助剂对Rh/SiO2催化CO加氢反应性能的影响

采用溶胶凝胶法制备了SiO_2和La_2O_3-SiO_2载体,再通过浸渍法分别引入Rh-La和Rh组分,研究考察了La引入方式对Rh/SiO_2催化CO加氢反应性能的影响。结果表明,La的添加有利于提高Rh的分散度,促进Rh+中心数的增加,有效地抑制产物中CO2的生成,提高含氧化合物选择性。此外,La的引入方式会影响La与Rh间的相互作用强弱,Rh和La共浸渍制得的2Rh-5La_2O_3/SiO_2催化剂中Rh-La相互作用较强,削弱的Rh-CO键有利于反应过程中CO的插入反应,使得产物以C_(2+)含氧化合物为主。而La以助剂形式掺入SiO_2制得的2Rh/5La_2O_3-SiO_2催化剂具有较弱的La-Rh相互作用,其产物则以甲醇、乙醇等低碳醇为主。     

TiO2对Ni/Al2O3催化剂CO甲烷化性能的影响

采用溶胶凝胶法制备了一系列不同TiO₂含量的TiO₂-Al₂O₃复合载体,并通过浸渍法制备了NiO/TiO₂-Al₂O₃催化剂。分别考察了不同TiO₂含量的NiO/TiO₂-Al₂O₃催化剂及反应温度对CO甲烷化催化性能的影响。实验结果表明,当复合载体中TiO₂质量分数为30%,反应温度为350～450 ℃时,催化剂催化活性较高。利用N₂吸附-脱附(BET)、X射线衍射(XRD)及H₂程序升温还原(H₂-TPR)等手段对催化剂物化性能进行了表征。结果表明,加入适量的TiO₂能抑制镍铝尖晶石NiAl₂O₄物种的生成,改善NiO的表面分散性能,避免大晶粒NiO的形成,也改善了催化剂的还原性能,从而提高催化剂的CO甲烷化活性。     

CO预处理对CuO/γ-Al2O3催化剂性能的影响

采用XRD，TPR，CO吸附in-situ IR，CO氧化反应等对CuO/γ-Al₂O₃催化剂经CO处理前后的结构、组成和催化性能进行了研究。结果表明，经CO在250 ℃下处理1 h后CuO/γ-Al₂O₃催化剂中出现了分散态Cu⁺物种，该物种的产生使催化剂的活性明显提高。     

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.     

La2O3助剂对Au/TiO2催化氧化CO性能的影响

采用溶胶-凝胶法制备了TiO2以及La2O3-TiO2载体, 再用沉积沉淀法制备Au/TiO2和Au/La2O3-TiO2催化剂, 并对催化剂的CO氧化反应活性进行测试. 结果表明, La2O3助剂可以显著提高催化剂催化氧化CO的活性. X射线衍射(XRD)、程序升温脱附(TPD)、N2吸附-脱附(BET)表征结果表明, La2O3助剂不仅提高了催化剂比表面积, 抑制了TiO2晶粒尺寸的长大, 并且增强了TiO2的晶格应变, 在O2气氛吸附过程中主要在TiO2表面形成O-物种. 原位傅立叶变换红外(FT-IR)结果进一步表明, La的掺杂不仅提高了吸附在Au活性位CO的氧化速率, 还使TiO2表面形成第二种活性位, 从而显著提高了催化活性.