原位还原的WO3负载的第Ⅷ族金属催化剂上光热协同甲烷二氧化碳重整

将廉价的碳源(CO2)转化为化石燃料可缓解由于温室气体引起的气候问题.CH4/CO2重整(CRM)是CO2转化利用的有效途径之一,要实现这个过程的关键是研制高效的光响应催化剂.本文采用WO3负载的第Ⅷ族金属催化剂、引入光照能量来活化CO2,利用光热协同催化CRM.研究结果表明,光学材料WO3负载的第Ⅷ族金属催化剂在可见光辅助下的催化活性是热驱动条件下的1.4～2.4倍,与等离子体金催化剂的活性增强率(1.7倍)相当.进一步以不同波段的可见光为光源,对WO3负载的第Ⅷ族金属催化剂上催化活性提高的原因进行了研究.结果表明,活性增强率与WO3在可见光区域的吸光趋势并不吻合,说明并非WO3提高了其负载的第Ⅷ族金属催化剂上CRM活性.除WO3外,WO3?x亦可作为光催化剂吸收可见光,因此,本文通过X射线光电子能谱、X射线衍射及紫外-可见分光光度法等进行表征.结果表明,在还原型CRM反应气氛下,WO3部分原位还原为WO3?x,并且活性增强率与WO3?x在可见光区域的吸光趋势相吻合,说明导致可见光辅助下活性增强的是WO3?x而不是WO3.热力学分析及原位电子顺磁共振波谱法结果表明,CO2的活化是CRM的速控步,该步骤吸热,在500℃时不能自发进行.在可见光的辅助下,CO2可以被WO3?x通过Mars-van Krevelen机理进行活化,提高速控步的反应速率,进而提高了催化活性.综上,本文为提高光催化活性提供了一条有效途径.