论文部分内容阅读
催化剂的稳定性是评价其催化性能的重要指标之一,也是影响催化剂能否商业化的关键因素。纳米技术的兴起不仅使人们对催化领域有了更加深入的理解,也为新型催化剂的研发带来了新的革命。与传统催化剂相比,纳米催化剂在催化性能上往往更具优势。但是纳米催化剂的抗烧结能力通常较差,这在很大程度上阻碍了其在实际工业生产中的应用。开发具有良好高温稳定性的纳米催化剂已成为纳米催化的研究热点之一。 再分散是指纳米粒子粒径由大变小的过程,它是对抗烧结的“有力武器”。再分散现象可以巧妙的延长催化剂的使用寿命,也是一种使已烧结催化剂再生的有效手段。因此,对于再分散过程的深刻理解就显得尤为重要。本论文以纳米催化剂的高温稳定性为研究对象,合成了具有良好高温稳定性的Pt/CeO2/Al2O3模型催化剂,并以该模型催化剂做为基础研究了提高纳米催化剂高温稳定性的方法。此外,进一步扩展了能够使贵金属Pt发生再分散现象的载体,并对再分散现象的影响因素进行了探讨,得出以下结论: (1)合成了Pt/CeO2/Al2O3模型催化剂,以此模型催化剂为基础发现在CeO2中掺杂少量Ni对催化剂的高温稳定性有显著的提高。当Ni掺杂量为20%时,催化剂的高温稳定性最优。Ni掺杂可以提高催化剂高温稳定性的原因在于NiAl2O4双稳定层生成。NiAl2O4双稳定层起到连接CeO2纳米粒子与Al2O3载体的作用,从而使催化剂具有更加良好的高温稳定性。以CO氧化作为探针反应从催化性能的角度探索了催化剂的高温稳定性。掺杂Ni的催化剂Pt/CeO2/NiAl2O4/Al2O3经800℃老化5h后,其对CO的完全转化温度由160℃升高至180℃,经氧化-还原交替处理后降至150℃。而未掺杂Ni的Pt/CeO2/Al2O3催化剂经相同的老化条件老化后,其对CO的完全转化温度由160℃升高至220℃。 (2)发现在Pt/CeO2/Al2O3模型催化剂表面薄层包硅可以有效的提高催化剂的高温稳定性,并探索了不同硅用量对催化剂稳定性的影响。当硅用量为15μL时,催化剂可以在800℃维持稳定;继续增加硅用量则对催化剂的高温稳定性并没有显著提升。薄层硅包覆和Ni掺杂这两种方法对Pt/CeO2/Al2O3模型催化剂高温稳定性的提高具有叠加性。例如Pt/CeO2/NiAl2O4/Al2O3(20%)@SiO2(50)催化剂可以在1000℃维持稳定,其初始活性及高温老化后活性均优于商业汽车尾气催化剂。 (3)将粒径均一的Pt纳米粒子负载于Fe2O3表面,发现Pt可以在Fe2O3表面发生再分散现象。探讨了温度对Pt在Fe2O3表面再分散的影响,发现在600℃处理样品时Pt的再分散效率最高。 (4)将上述纳米Pt负载于LaFeO3表面并对其进行氧化-还原交替处理,发现Pt同样可以在LaFeO3表面发生再分散现象。通过不同量的Sr掺杂来调变LaFeO3中氧空位浓度。当Sr的掺杂量低于15%时,Sr掺杂量的增加有利于Pt再分散,这是因为Sr的掺杂可以提高载体LaFeO3的可还原性以及氧空位浓度。此后若继续增加Sr的掺杂量反而会抑制Pt的再分散,这是由于大量的Sr掺杂会导致SrCO3的生成,SrCO3对Pt的再分散有抑制作用。 (5) Al2O3抗扩散层的填充可以有效的抑制CeO2纳米棒的烧结,从而可以提高Pt/CeO2-rod催化剂的高温稳定性。经过800℃老化5h后,Pt/CeO2-rod催化剂对CO的完全转化温度由120℃升高至380℃,而经Al2O3抗扩散层填充后的Pt/CeO2-rod@Al2O3催化剂在高温老化前后活性变化不大,仅从190℃升高至220℃。