双金属Au-CuO/CeO2催化二氧化碳加氢制甲醇催化性能研究

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随着工业的发展,大气中二氧化碳(CO2)含量的增加,导致全球变暖、气候变化和海洋酸化。因此,减少人为CO2排放是本世纪的主要挑战之一。甲醇是一种清洁能源,在交通、化工等领域有着广泛的应用。将CO2加氢制备甲醇是减少CO2排放、促进经济可持续发展的一种有前景的研究方向。本论文旨在探讨载金量及金铜相互作用对甲醇选择性及催化剂物化性质的影响。因此,采用共浸渍法制备了一系列不同Au含量的CeO2负载型双金属Au-Cu催化剂,并采用各种技术对催化剂的结构和还原行为进行了表征。在不同的温度和比反应物配比下进行了催化活性测定。此外,利用原位红外光谱研究了CO2加氢制甲醇的吸附形态和反应途径。主要研究成果如下:(1)调控金含量研究催化剂结构和对CO2加氢制甲醇催化性能的影响。制备Au/CeO2、CuO/CeO2和双金属(0.5 wt.%、1 wt.%、2 wt.%)Au-CuO/CeO2催化剂,并对其催化CO2加氢制甲醇进行了研究。研究发现,金的加入有利于铜粒子的分散和粒径的减小。此外,它还促进了氧空位的形成,特别是1 wt.%的Au-CuO/CeO2是最佳的载金催化剂,由于其通过增强氢溢出效应提高了氢解离的效率,表现出最高的甲醇选择性(T=240oC,P=3 MPa,SCH3OH=29.6%)。(2)研究了Au-Cu相互作用的影响。结果表明,与单金属催化剂相比,这种相互作用通过提高氢溢出和甲醇选择性为氢的吸附和解离提供了场所。0.5 wt.%Au-CuO/CeO2和2 wt.%Au-CuO/CeO2的相互作用对氢吸附的改善作用不大。因此,1wt.%Au-CuO/CeO2的最佳催化性能可归因于该催化剂中金与铜的协同作用(3)采用原位漫反射红外傅里叶变换光谱(DRIFTS)技术研究了反应分子(CO2和H2)在活性试验压力(3 MPa)下的吸附位置和反应途径。结果表明,在还原性载体CeO2负载Au-CuO催化剂在CO2加氢制甲醇反应中具有双位性,CO2在CeO2载体上被活化。与其它催化剂相比,1 wt.%Au-CuO/CeO2催化剂表面甲氧基和甲酸盐物种的强度更高,表明其有利于氢的解离。反应路线为碳酸氢盐加氢形成甲酸,然后甲氧基,最后甲醇。
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