论文部分内容阅读
从原子分子水平表征催化剂的结构和性质并与其催化性能相关联,建立可靠的构效关系,以及表征反应过程中催化剂的变化及表面活性物种一直是催化研究的重点和难点。基于超高真空技术的模型催化剂和表面分析技术帮助人们克服了多相催化剂的复杂性和有限的表面表征手段,使人们得到了很多有用的信息,对催化剂的合成起到了一定的指导作用。本论文从Vox/TiO2(110)和Vox/Mo(110)模型催化剂的制备与表征及Pd片催化CH4燃烧的振荡现象入手,采用各种原位表征手段探索氧化物模型催化剂的结构特征及催化过程中催化剂表面的变化。 TiO2负载的钒基催化剂在许多反应中都表现出很好的催化性能,如Nox分解,碳氢化合物的选择氧化等。TiO2促进催化性能的原因可能是TiO2载体增加催化剂的比表面积、载体和V2O5之间的相互作用等。但是到目前为止,Vox/TiO2之间相互作用的详细研究并不多,TiO2对Vox的修饰作用以及反应的活性相等问题还存在争议。V基Mo基催化剂也是化工生产中应用较广泛的一类催化剂,它们在部分氧化脱氢制烯烃上具有较好的催化性能。本文在TiO2(110)单晶和Mo(110)单晶上制备了Vox膜,采用AES、LEED、HREELS考察了Vox膜的组成,结构及振动性质,同时也考察了V/TiO2(110),Vox/TiO2(110)的热稳定性,结果表明真空蒸着法制备的V/TiO2(110)界面发生明显的氧化还原作用,出现了Vox和低价钛,并且金属V与表面TiO2作用后表面的原子排列是无序的;暴露O2后低价钛即被氧化回+4价,表面发生重构恢复到(1×1);在O2氛围中制备的Vox/TiO2(110)结构会随覆盖度的增加发生变化:覆盖度较低时,在界面处形成与TiO2结构相同的VO2;随着Vox覆盖度的增加,可能形成有较多缺陷位的VO2。这种方法制备的Vox/TiO2(110)具有较多缺陷位,低温退火(<325℃)可使结构变得更规整;当退火温度升高到425℃以上时,表面Vox逐步分解,部分VO2脱氧形成V2O3;725℃退火后,大部分Vox脱附。Mo(110)单晶表面较活泼,O2在室温下就能在Mo(110)单晶表面形成表面吸附O:Mo(110)-(m×n)-O;在300-500℃形成表面MoOx/Mo(110);高于500℃时形成体相MoxOy/Mo(110)。体相MoxOy/Mo(110)热稳定性较好,900℃时才发生分解。金属V蒸着到Mo(110)单晶表面可能与之反应形成钼钒酸盐。 Pd基催化剂上甲烷燃烧的活性表面仍存在争论,研究CH4催化燃烧的振荡现象可以帮助人们明确催化甲烷燃烧的活性Pd物种。本论文通过反射吸收红外光谱(RAIRS)原位观察测定多晶Pd片上CH4催化燃烧发生振荡过程中Pd表面的氧化与还原,及相应催化剂Pd片的温度和反应气体压力的变化,结果表明PdO具有催化CH4燃烧的活性。振荡产生的原因是Pd和PdOx的周期性变化,当反应气氛中O2量充足时催化剂表面形成PdOx,其催化CH4氧化活性较高,O2被大量消耗,反应池中O2分压减小,PdOx逐渐被还原,催化活性降低;O2在反应池中慢慢积累,O2分压增大,PdOx的量增加,活性增大,完成一个周期的振荡。