用于富氢条件下CO优先氧化的纳米Au/MOx-CeO2催化剂研究

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采用共沉淀法制备出介孔CeO2及MOX-CeO2(M=Fe, Mn, Ni, Co)复合氧化物载体,用沉积-沉淀法制备了相应的负载金催化剂Au/MOX-CeO2及Au/CeO2。着重考察了CeO2中添加不同过渡金属元素制成的复合氧化物负载金催化剂与单一CeO2负载金催化剂在结构与催化性能方面的差别,以及超声辅助分散载体对催化剂优先氧化性能的影响。运用N2吸附/脱附、X射线衍射、X射线光电子能谱、高分辨透射电镜和H2程序升温还原等技术对催化剂的结构与形貌进行了表征。BET和XRD结果表明,各负载型纳米Au/MOX-CeO2(M=Fe, Mn, Ni, Co)和Au/CeO2催化剂都具有非常均匀的介孔结构,过渡金属元素的添加使得催化剂的比表面积和孔容增大约一倍,同时CeO2分散更均匀,有利于促进Au与载体的相互作用。XPS结果表明:Au/MOX-CeO2表面的Au主要以金属态存在,以及少量的Au+及Au3+物种。与纯Au结合能相比,发现Au与载体的相互作用调变了金的电子结构,使其结合能显著降低。活性测试结果表明:金晶粒的大小以及金与载体的相互作用,决定了催化剂的活性和选择性。金粒子越小,其和载体的作用越强,结合能越低,催化活性和选择性越好。对于Au/MnOX-CeO2催化剂,超声辅助提高了PROX反应在所需温度下(80120℃)CO的转化率,120oC时,提高了近20%;同时,超声处理大大提高了Au/MnOX-CeO2催化剂上CO转化为CO2的选择性,在80~100oC反应温区,提高幅度约30%。BET结果表明,载体的超声分散增大了催化剂的比表面积和孔容,有利于金晶粒在载体表面和孔内沉积。TEM结果表明,Au粒子颗粒从510nm降为5nm左右。XPS以及TPR结果均表明,Au物种分散度的增加促进了金与载体之间的相互作用。超声处理使催化剂的活性和选择性大幅度提高。
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