富氢条件下Au／γ－Al2O3催化剂上CO的选择氧化反应

 用脉冲反应考察了富氢条件下Au／γ－Al2O3催化剂上CO的选择氧化反应．结果表明，CO和O2在Au／γ－Al2O3催化剂表面同时发生吸附，其吸附活性中心都在催化剂的活性组分表面，CO的吸附强度大于O2的吸附强度，吸附态的CO和吸附态的O2之间反应生成CO2．提高反应温度和增加原料中氧的含量都能提高CO的转化率．在所考察的实验条件下，O2的反应选择性基本上为100％．     

氧化铈形貌对Au/CeO2催化剂催化氧化CO反应活性的影响

采用水热合成法制备了形貌规则的纳米氧化铈颗粒,分别为棒状、立方体和多面体,通过溶胶沉积法将金颗粒沉积到不同形貌氧化铈表面制得了Au/CeO2催化剂.考察了催化剂载体的不同形貌对CO催化氧化反应活性的影响.实验结果表明,棒状(110 100)和多面体(111 100)氧化铈作为载体时的催化剂活性比立方体(100)作为载体时的活性高.在低温段,多面体氧化铈作为载体的催化剂表现出较高活性,而在高温范围,棒状氧化铈作为载体的催化剂的催化活性最好.     

Au/Al2O3催化剂的制备及其在CH4/CO2重整反应中的催化活性

采用浸渍法和沉积－沉淀法制备了四种不同的Au/Al2O3催化剂，测定了它们在氢气还原前后及催化反应后的金含量及比表面积，结果表明，制备方法明显影响催化剂的金含量，应用X－光粉末衍射技术研究了这些催化剂经还原处理及反应后的物相变化，金以Au^0物相存在，没有发现氧化态的金物相，考察了该催化剂在CH4／CO2重整反应中的催化活性，发现金催化剂的活性取决于金粒子的大小，浸渍法制备的金催化剂具有较大的金晶粒尺寸，催化活性低，沉积－沉淀法制备的金催化剂金晶粒尺寸较小，催化活性较高，以尿素为沉淀剂制备的催化剂给出1073K时的CH4和CO2转化率分别为8．1％和17．6％，高温反应不仅导致金晶粒的聚集，而且存在明显的金流失现象。     

用于CO选择氧化反应的新型Pt-Fe/Al2O3催化剂

 基于前体的概念,采用调变多元醇法制备了Pt-Fe/Al2O3催化剂,并考察了其催化CO选择氧化的性能. TEM结果表明,该方法可有效控制催化剂的金属粒子粒径为2.5～3 nm; 催化剂性能测试结果表明,在80 ℃和n(CO)/n(O2)=2的条件下,Pt-3Fe/Al2O3显示出良好的催化性能和稳定性,CO转化率达99%,CO2选择性达98%,这可能是由于Pt和Fe之间的有效相互作用所致.     

氧化铈对Pd／Al2O3表面上CO氧化性能的影响

采用ＴＰＤ－ＭＳ及ＴＰＳＲ－ＭＳ技术研究了添加ＣｅＯ２对Ｐｄ／Ａｌ２Ｏ３催化剂上ＣＯ脱附、表面反应及表面氧脱附等性能的影响，考察了不同含氧量的气氛下ＣＯ的氧化活性，结果表明，Ｐｄ－Ｃｅ间的相互作用有利于各自原子上表面氧的吸脱附及ＣＯ的表面反应，并发现ＣＯ２脱附量大小及峰温次序与对ＣＯ的催化氧化活性有一致的对应关系。     

Na-Rh/γ-Al2O3催化剂的表征及其对CO选择氧化的催化性能

 用浸渍法制备了一种高效的Na-Rh/γ-Al2O3催化剂,应用X射线衍射、 X射线光电子能谱和N2吸附-脱附等技术手段对催化剂进行了表征,考察了该催化剂的CO选择氧化性能,同时考察了不同预处理条件对催化剂活性的影响. 在100 ℃, GHSV=2.25×104 h-1, 原料气组成2%CO, 1.4%O2和70%H2的条件下, 5%Na-0.5%Rh/γ-Al2O3催化剂上CO转化率和CO2选择性分别高达100%和70%. 在饱和水蒸气存在时, CO转化率和CO2选择性可保持长达100 h不变,说明该催化剂有很好的稳定性和抗水性. 研究表明, Na原子可能通过向表面Rh提供电子,增强了Rh向CO的2π*分子轨道反馈电子的能力,使CO分子得到了活化. Na的添加在一定程度上提高了催化剂表面Rh的分散度,使其在高温条件下不易烧结. N2吸附-脱附结果表明, Na的存在虽然在一定程度上减小了催化剂的比表面积,但扩孔作用使催化剂平均孔径有明显的增大.     

微乳法制备Au/Al2 O3 催化剂及其催化氧化CO性能的研究

用Tx-100／正己醇／环己烷／水的W／O微乳体系,合成了一系列Au／Al2O3催化剂。考察了焙烧温度、沉淀剂种类、搅拌方式等对Au／Al2O3,催化氧化CO活性的影响。结果表明：以氨水为沉淀剂,机械搅拌,600℃焙烧制得的Au／Al2O3,显示出较好的CO氧化性能。当反应温度为100℃时,CO转化率达85．0％,240℃时转化率达96．0％。XRD,DTA,TPR和TEM等表征表明：低温焙烧的催化剂,大部分载体Al2O3为无定型,对催化活性不利;焙烧温度过高,可能造成金微粒的团聚烧结,使其活性下降;由较强烈的搅拌方式制得的Au／Al2O3经适宜温度焙烧,可获得金粒尺寸较小、CO催化氧化活性较高的Au／γ-Al2O3催化剂。     

预处理条件对Au/Al2O3催化CO氧化性能的影响

 采用沉积-沉淀法制备了Au/Al2O3,探讨了预处理条件对催化剂中金颗粒的大小及其催化CO氧化性能的影响,并以XRD和TEM等手段对催化剂进行了结构表征. 结果表明,还原和焙烧预处理得到的1.2% Au/Al2O3催化剂在GHSV=1.5×104 h-1时,可分别于-22和-10 ℃将空气中的1%CO完全氧化, 还原预处理所得催化剂的活性更高, 原因是催化剂中金颗粒的尺寸更小,分散度更高.     

氧化铈促进的高效Au/Al_2O_3催化剂制备及其催化CO选择氧化反应性能（英文）

近年来,伴随全球能源危机的加剧,以及温室效应和细颗粒物等一系列环境问题出现,各国研究者正努力寻求和开发可持续利用的新能源来代替传统的化石能源.燃料电池具有能量转化效率高、对环境排放低和污染小等优点,作为一种新的环境友好型技术而广受关注.在众多的燃料电池中,质子交换膜燃料电池(PEMFC)因具有能量效率高和工作窗口温度低等优势而备受关注.但是,PEMFC燃料以H_2为主,主要来源是烃类的重整气,但其中痕量的CO(10 ppm)将会引起Pt电极中毒,导致PEMFC性能迅速下降,因此如何有效地祛除富氢气体中的CO并尽可能减少H_2的消耗具有重要研究价值.目前,CO选择氧化法(CO-PROX)是公认的最简单、廉价和有效的办法之一.CO的消除通常选用霍加拉特催化剂,虽然Cu基催化剂具有低廉的成本和较好的CO催化氧化性能,但是当反应中有H_2O和CO_2存在时,其活性会迅速下降.Au催化剂具有优异的低温CO催化氧化性能,但在PEMFC的工作温度窗口为80–120 oC时,随着反应温度提高,H_2与CO之间的竞争吸附变强,采用单组分Au催化剂难于在80–120 oC内使CO完全氧化.因此,设计并制备高效的Au催化剂来提高其在PEMFC工作温度(80–120 oC)条件下CO-PROX反应活性和选择性仍然是目前该方向的难点.氧化铈(Ce O2)是一种重要的稀土化合物,由于Ce具有独特的4f电子层结构,Ce~(3+)/Ce~(4+)在一定条件下可以相互转化,具有较高的储放氧能力,即能够在富氧条件下储存氧,在贫氧条件下释放氧.CeO_2是一种重要的氧化反应催化剂载体,是三效催化剂的主要组成部分,在净化汽车尾气方面稀土元素具有独特的优势,广泛应用于CO氧化和NO_x消除等领域中.最近,本课题组以自制的氧化铝为载体,制备了K掺杂的Au-Cu/Al_2O_3催化剂,其在CO-PROX反应中具有较好的催化活性和稳定性.本文在此基础上,利用Au与CeO_2之间的相互作用,制备了Ce O_2掺杂的Au/CeO_2/Al_2O_3催化剂和K掺杂的Au-Cu/Ce O_2/Al_2O_3催化剂.表征结果发现,催化剂中Au和Au-Cu纳米粒子的尺寸均一,平均粒径分别为2.4±0.4和2.8±0.4nm.与Au/Al_2O_3催化剂相比,Ce掺杂的Au催化剂具有更高的金属分散度,拓宽了其CO完全转化时的反应温度窗口(30–70oC).对所制备的Au催化剂进一步通过拉曼光谱、H_2程序升温还原和CO-红外光谱等手段分析和CO-PROX催化性能测试,可以证实Au-Cu/Ce O_2/Al_2O_3催化剂中各组分在CO-PROX反应中所起的作用.结果表明,CeO_2的掺杂能增强活性组分与载体之间的相互作用,有助于提高Au-Cu纳米粒子的分散度,此外还能提高Au催化剂的还原性能,其表面形成的氧空位提高了CO-PROX反应的催化性能.Cu物种的引入显著增强了CO在Au催化剂上吸附能力.综上所述,CeO_2组分对Au/Al_2O_3催化剂的促进作用体现在:(1)有效锚定Au和Au-Cu纳米粒子;(2)提供CO-PROX反应中的活性氧物种.     

镍掺杂对氧化铝纳米片负载金催化剂在CO氧化反应中的促进作用（英文）

负载型金催化剂在CO氧化反应中具有良好的低温活性,受到了研究者的广泛关注,其催化性能与载体的性质密切相关.氧化铝具有廉价易得、比表面积大和热稳定性好等优点.然而,作为一种非还原性载体,氧化铝提供活性氧物种的能力差,与还原性载体相比催化剂的CO氧化活性较低.理论计算和实验结果表明,在金催化剂中引入过渡金属镍能够有效促进氧分子在催化剂表面的吸附和活化,从而提升金催化剂活性.此外,过渡金属的存在能够提高金的分散度,增加活性位数目,防止在高温预处理过程中金颗粒的烧结,从而提高催化剂的活性和稳定性.基于上述考虑,本文在氧化铝纳米片合成过程中原位引入硝酸镍,以实现对氧化铝载体的改性,然后负载金并应用于CO氧化反应.结果表明,当载体中的Ni/Al摩尔比为0.05,金负载量为1wt%时,采用还原性气氛对催化剂进行预处理可以得到具有CO氧化性能优良的金催化剂, 20 oC下CO转化率即可达100%.预处理气氛能够显著影响催化活性,采用还原性气氛预处理后催化剂活性明显优于氧化性气氛预处理.采用X射线衍射(XRD)、高分辨透射电镜(HRTEM)、氢气程序升温还原(H2-TPR)、氧气程序升温脱附(O2-TPD)、CO吸附原位红外光谱(CO-DRIFT)和X射线光电子能谱(XPS)等表征手段进一步研究了镍掺杂对Au/Al2O3催化剂上CO氧化反应的促进作用机制.XRD测试未观察到明显的金或镍衍射峰,表明金或镍物种均为高分散.HRTEM结果进一步证实,引入镍物种后金颗粒的粒径由3.6 nm减小为2.4 nm,表明镍掺杂有助于提高金的分散度.而XPS结果显示,镍掺杂催化剂中金与镍存在电子转移,而镍仍以Ni O为主.H2-TPR结果表明,镍掺杂的催化剂前驱体中的金物种更容易被还原.O2-TPD结果证实,镍掺杂催化剂能够引入更多的氧空位,促进氧分子的吸附和活化,从而促进CO氧化反应的进行.CO-DRIFT结果表明,相比于氧化性气氛,采用还原性气氛预处理后金物种的电子云密度增加, CO吸附增强.而对于镍掺杂的催化剂,金物种吸附CO分子的能力进一步提高,有利于CO氧化反应的进行.综上,镍掺杂能够有效提高催化剂中金的分散度,增强催化剂对CO的吸附,促进氧气分子的吸附和活化,从而提高了催化剂的CO氧化活性.     

Au/MOx/Al2O3催化剂催化CO低温氧化

 采用沉积沉淀法，将金负载在复合氧化物载体MOx/Al2O3上，制备得到了Au/MOx/Al2O3催化剂的活性要高于Au/Al2O3催化剂。Au/FeOx/Al2O3催化剂能够在低于223K的温度下实现CO完全催化氧化。TEM图象分析表明，纳米级高分散的金颗粒是金催化剂高活性的前提，但载体的选择，以及复合氧化物载体中过渡金属氧化物的选择，也会对金催化剂的活性产生明显的影响。     

KOH修饰Au/Al2O3催化剂的低温CO氧化催化反应性能

采用等体积浸渍法制备了KOH-Au/Al<,2>O<,3>系列催化剂,考察了催化剂对低温CO氧化反应的初始活性和干、湿气氛下连续反应的稳定性能,并用电感耦合等离子发射光谱、红外光谱、高分辨透射电镜、紫外漫反射光谱等技术对催化剂进行了结构表征.结果表明:与母体催化剂(Au/Al<,2>O<,3>)相比,修饰催化剂(KOH...     

Au/ZrLa掺杂 CeO2催化剂在CO氧化反应中优异的催化活性：锆镧协同作用

在过去的25年,纳米金催化剂上 CO氧化反应得到广泛研究,但始终没有一致的结论。这是因为影响纳米金催化活性的因素很多,包括金的价态、载体的性质、氧空位、金属与载体之间的相互作用等,尤其是各影响因素之间相互牵制,增加了催化反应机理的研究难度。氧化铈载体表面氧缺陷的浓度较高,有利于活性金属组分在其表面的稳定和分散,因此氧化铈纳米晶负载的 Au催化剂受到广泛关注。此外,当 CeO2晶格中部分 Ce被化学性质不同的其它元素取代后,可以促进 CeO2晶格氧的活化,提高氧的储放能力,从而有利于催化反应进行。因此,本文采用水热法合成了组成均匀的 CeO2, CeZrOx和 CeZrLaOx三个载体,并通过沉淀-沉积法负载金。利用 X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、X射线光电子能谱(XPS)、高分辨透射电镜(HRTEM)、X射线吸收精细结构(XAFS)和氢气程序升温还原(H2-TPR)等技术分析了催化剂的物相结构、表面性质、形貌以及金纳米颗粒的大小和价态等性质,并结合其在 CO氧化反应中催化性能的差异,探讨影响金催化剂活性的关键因素。 XRD, TEM, HRTEM和 XAFS结果表明,三个载体上所得金纳米颗粒的平均尺寸都在2–4 nm,且分散较好; XPS结果表明,影响催化剂活性的关键因素不是金的价态,而是载体表面的活性氧物种。从Raman结果可知,掺杂后的氧化铈载体上氧空位浓度明显增加,因而催化剂活性都有所提高。 H2-TPR进一步探讨了三个载体以及负载金后其氧化还原能力的变化,结果表明,金和载体之间的相互作用可以增强载体的氧化还原性能以及表面氧空位浓度,进一步提高了催化剂活性,而负载金催化剂氧化还原性能的变化与载体的组成密切相关。由于锆的掺杂可使金与载体之间相互作用减弱,而镧则增强了二者间相互作用,因此 Au/CeZrLaOx催化剂上锆和镧的协同掺杂作用使其表面活性氧物种浓度最高,低温时表现出最高的催化活性。     

Optimization and statistical analysis of Au-ZnO/Al2O3 catalyst for CO oxidation

In our former work [Catal. Today 174 (2011) 127], 12 heterogeneous catalysts were screened for CO oxidation, and Au-ZnO/Al₂O₃ was chosen and optimized in terms of weight loadings of Au and ZnO. The present study follows on to consider the impact of process parameters (catalyst preparation and reaction conditions), in conjunction with catalyst composition (weight loadings of Au and ZnO, and the total weight of the catalyst), as the optimization of the process parameters simultaneously optimized the catalyst composition. The optimization target is the reactivity of this important reaction. These factors were first optimized using response surface methodology (RSM) with 25 experiments, to obtain the optimum: 100 mg of 1.0%Au-4.1%ZnO/Al₂O₃ catalyst with 220 °C calcination and 100 °C reduction. After optimization, the main effects and interactions of these five factors were studied using statistical sensitivity analysis (SA). Certain observations from SA were verified by reaction mechanism, reactivity test and/or characterization techniques, while others need further investigation.     

Au/TiO2催化剂上非催化CO氧化反应中活性氧物种的生成和消除

在定量的瞬时产物分析(TAP)反应器中,于80 oC下采用CO脉冲和O2脉冲补充等方法,研究了高温(400 oC)焙烧的Au/TiO2催化剂上活性氧物种的移除反应活性,特别是活性氧物种的性质。以往的研究大多关注的是CO催化氧化反应中活性氧物种及其性质,在典型的反应条件下该物种的形成和消除是可逆的;而本研究表明,催化剂直接焙烧后就存在额外的氧物种;该物种对CO氧化反应也具有活性,但其在典型的反应条件下不生成或生成很少。基于此,讨论了Au/TiO2催化剂上CO氧化反应的机理,特别是不同活性氧物种的作用。     

金溶液pH值及浸泡处理对Au/Al2O3催化剂上CO氧化反应活性的影响

 采用阴离子浸渍法制备了Au/Al2O3催化剂,考察了溶液pH值及浸泡处理对催化剂上CO氧化反应的影响. 结果表明,催化剂的活性随着浸渍液氯金酸溶液pH值的升高而升高. 对于经300 ℃下H2还原处理的Au/Al2O3催化剂,无论用水浸泡还是用氨水浸泡,室温下CO转化率均可达到100%, 且催化剂具有良好的稳定性. 用氨水浸泡的催化剂经氧化处理后依然保持高活性,但用水浸泡的催化剂活性大幅度下降. XPS结果表明,用氨水浸泡的Au/Al2O3催化剂表面含有Al, O, C, N, Na和Au原子,但没有Cl原子存在. 这说明用氨水浸泡催化剂可有效除去Cl-离子而提高其催化活性.     

Catalytic combustion of ethyl acetate over ceria-promoted platinum supported on Al2O3 and ZrO2 catalysts

Platinum-supported catalysts prepared by impregnation of mixed CeO₂/Al₂O₃ and CeO₂/ZrO₂ oxides using the sol-gel method were characterized and used in the combustion of ethyl acetate. In each series, the effect of CeO₂ loading (3 and 5 wt%) was studied. Characterization data from the studied catalysts (specific area measurements, hydrogen chemisorption, programmed temperature reduction (TPR), X-ray diffraction (XRD), photoelectron spectra (XPS) and transmission electron microscopy (TEM)) revealed significant changes in porosity and metal dispersion in each series. The catalytic activity of the solids, evaluated in the total combustion of ethyl acetate, exhibited a positive effect with the addition of Ce in the zirconia series whereas no significant changes was observed in the alumina series.     

CO低温氧化Au/Al2O3催化剂的失活及稳定性

 采用改进的等体积浸渍法制备了1.5%Au/Al2O3催化剂,考察了催化剂在CO低温氧化反应中的催化活性,比较了其在干燥的原料气和水汽饱和的原料气中的稳定性,考察了经水汽饱和或加热的空气处理后催化剂活性的变化,探讨了催化剂失活的原因. 结果表明, Au/Al2O3在水汽饱和的原料气中比在干燥的原料气中具有更好的稳定性,经水汽饱和或加热的空气处理后其活性均会下降. Au/Al2O3的失活主要包括CO氧化失活、热处理失活和水汽处理失活,前两种失活主要是因为催化剂中类似碳酸盐物种的生成和活性位上-OH 的脱除,是可逆失活; 而最后一种失活是不可逆的,主要归因于金颗粒的长大.     

K改性的Pt/Al2O3催化剂上CO氧化反应：反应动力学和红外光谱研究

CO氧化不仅具有重要的实用价值,而且在基础研究中被用于考察反应机理及催化剂结构敏感性等一些重要问题,因此,该反应在催化领域中具有重要意义. Pt基催化剂被广泛应用于CO氧化反应.其催化活性取决于催化剂的制备方法.其中,碱金属如Na、K等助剂的添加可有效促进催化活性,红外光谱证据表明,其促进作用在于碱金属的添加可降低CO与表面Pt原子的相互作用.尽管如此,催化剂上反应动力学证据却十分缺乏.反应动力学的研究可以提供一些本证反应信息如反应基元步骤、反应速率表达式以及反应机理等.通过对比不同催化剂之间的反应动力学行为,可以进一步解释碱金属对催化剂结构以及反应行为的影响.因此在本工作中,我们制备了一系列以K为助剂的Pt/Al2O3催化剂,并进行了CO氧化的反应动力学研究,考察了助剂对CO反应级数和反应活化能的影响.结合原位红外光谱表征,进一步揭示了助剂在反应中的作用.通过对比不同Pt和K含量的催化剂上CO氧化反应活性,我们发现, K的添加能促进反应活性,且随着催化剂中K含量的增加,促进程度越明显.例如,0.42K-2Pt/Al2O3上T50温度比对应的2Pt/Al2O3降低了30oC.不同催化剂上CO氧化的反应动力学实验表明,反应速率随着CO的分压的增加而降低;但随着O2分压的增加而增大.幂函数反应速率表达式推导得到的反应级数发现,对于含K的催化剂其CO的反应级数(约为–0.2)明显比不含K的催化剂(约为–0.5)中高,说明K的添加减弱了CO与表面Pt原子之间的吸附能力.但对O2的反应级数影响较小.例如：在0.42K-2.0Pt/Al2O3上反应速率表达式为r =6.55′10–7pco–0.22po20.63;而在2.0Pt/Al2O3上为r =2.56′10–7pco–0.53po20.70.表观反应活化能的计算表明,含K的催化剂上表观反应活化能较低,进一步说明K的添加有利于反应进行.根据反应速率表达式,我们进行了基元步骤的推导,并计算了反应动力学参数.结果发现,与不含K的催化剂相比,含K的催化剂中本征反应速率常数明显增加,而CO吸附平衡常数降低了一半,表明K的存在使CO在Pt表面上的覆盖度降低.我们还通过原位红外光谱对比了催化剂上CO吸附行为的差异.数据表明,与不含K的催化剂相比, K的添加一方面降低了CO在催化剂表面的吸附量(峰面积变小);另一方面显著降低了CO在Pt表面上的脱附温度,说明两者之间的相互作用力减弱.综上所述,通过反应动力学和红外光谱实验,我们认为K助剂与表面Pt原子相互作用后生成了较为稳定的Pt–O–K物种.尽管该物种的具体结构目前还不明确,但我们的实验证据表明,该物种的存在可以有效减弱CO与表面Pt原子之间的相互作用,降低CO的表面覆盖度并有利于O2在Pt表面的竞争吸附,从而降低了表面吸附的CO与O2之间反应的能垒,促进了反应性能.