论文部分内容阅读
CO的催化氧化在环境和能源应用领域,特别是对于汽车尾气的排放、燃料电池的毒化控制等方面的应用是近年来的研究热点。利用O2低温氧化CO是消除CO的主要手段。Pt基贵金属催化剂,作为一种典型的异相催化剂,以其突出的CO催化性能受到研究者的广泛关注,且作为催化剂的探针反应来研究催化剂的催化机理。 本文利用喷雾燃烧法制备了Pt-Au/TiO2、Pt/TixCe(1-x)O2、Pt/H-TiO2等纳米复合颗粒,研究了贵金属与载体在喷雾燃烧火焰中的成核、生长、凝并与负载的过程和机理,并系统考察了不同贵金属、载体组成与表面性质对CO催化氧化性能的影响规律。主要研究内容包括: 1.采用喷雾燃烧法,以氯铂酸、氯金酸和钛酸四丁酯为前驱体,制备了TiO2负载Pt-Au合金的纳米复合颗粒,研究了不同Pt/Au比例对Pt-Au合金颗粒粒径的影响规律,探讨了喷雾燃烧过程中Pt-Au合金颗粒在TiO2颗粒表面的负载机理。同时考察了Pt-Au合金体系中不同Pt/Au比例对其CO催化性能的影响规律。研究结果表明:在喷雾燃烧过程中,Pt、Au纳米颗粒会以合金形式负载于载体表面,典型产物Pt0.75Au0.25/TiO2复合颗粒中Pt-Au合金颗粒粒径为3.4±0.5nm,其低温催化氧化CO活性最高,在120℃时可使CO完全转化。Pt-Au合金之间电子从Au到Pt转移的电子协同作用,有效地降低Pt对CO的吸附,是其催化性能提高的主要原因。 2.采用喷雾燃烧法,以钛酸四异丙酯、2-乙基己酸铈和氯铂酸为前驱体,丙酸为溶剂,制备了Pt/TixCe(1-x)O2系列纳米颗粒。系统地研究了CeO2作为催化剂助剂的添加量对产物的粒径、晶型、表面氧空位和CO催化氧化活性的影响规律,探讨了喷雾燃烧过程中复合纳米颗粒的生长机理。研究结果表明:Ce离子能够进入TiO2晶格,并促进TiO2由锐钛矿相向金红石相的转变;富集存在的CeO2会沿着TiO2金红石晶面外延生长为月牙岛状。Ce3+能够增加颗粒表面的氧空位,提升了载体活性氧参与CO氧化反应的可能性。Pt/Ti0.9Ce0.1O2表现出最高的CO催化氧化活性,在70℃时转化率达到100%。 3.采用改进的燃烧反应器,在火焰上方引入H2对初生态Pt/TiO2纳米复合颗粒进行原位还原。研究了原位还原前后颗粒的表面特征;探讨了表面氧空位在CO催化氧化机理中的作用。结果表明:采用原位H2还原,可以有效提高负载贵金属颗粒中金属态Pt的比例,形成强烈的金属-载体相互作用;同时载体的表面形成大量的氧空位与Ti3+(>40%),促进O2的活化,其CO完全转化的温度比Pt/TiO2降低了20℃。