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负载型纳米Au催化剂作为新型有着大潜力的工业和环保催化材料,能够低温催化氧化去除环境中微量CO和质子交换膜燃料电池(PEMFC)中富氢下的CO,近30年来一直备受关注,如何进一步提高其催化性能依然是大家追求的目标。本论文基于(1)常规Au催化氧化CO过程中Au表面的富电子有利于CO的吸附、活化进而促进CO氧化;(2)载体与活性组分之间存在相互作用;(3)Au纳米粒子在可见光作用下发生的局部表面等离子体共振效应(LSPR)产生电子而引起Au表面电子密度变化的认识,将可见光和电子助剂引入到Au/Ti02催化氧化CO(或选择性氧化CO)反应体系中,系统研究了两者在反应体系中的作用。论文首先比较了可见光对负载在典型还原性载体Ti02和惰性载体A1203的Au纳米粒子催化氧化CO的作用,通过对催化剂的组成结构、光响应行为、反应物吸附行为和活性物种等表征,初步探讨了界面电子转移作用、化学吸附与催化活性之间的构效关系。而后在此基础上进一步开展了可见光下不同有机或无机电子助剂对Au/TiO2催化性能的作用研究,得到以下主要结论:(1)可见光能同时促进Au/TiO2催化氧化CO活性和富氢中CO氧化的选择性,但只促进Au/Al2O3催化氧化CO活性而抑制富氢中CO氧化的选择性。这主要是归因于两种催化剂中Au纳米粒子的LSPR效应产生的电子转移行为及其对CO、O2化学吸附作用的差异。(2)在Au/Ti02催化剂中引入具有可见光响应的有机导电聚合物聚苯胺可促进CO的选择性氧化。分析认为,聚苯胺具备的N原子共轭苯环和醌环的π向π*轨道跃迁的电子赠予作用,使得Au/Ti02-PANI体系整体费米能级和Au表面电子密度有着大的抬高,进而促进CO的有效活化。同时,Au表面解离氢溢流给载体,使PANI上发生质子化效应,抑制了 H2的氧化。(3)石墨相C3N4作为一种高导带的电子活跃体也可改变催化剂的电子结构。通过水热复合的方法制备了二氧化钛微球-C3N4纳米异质结,C3N4和Au纳米粒子的良好接触为Ti02,C3N4和Au界面间的高效电子转移提供了良好的物理基础,使Au在可见光作用下保持有高的电子密度,进而促进CO氧化。(4)区别于以往研究中认为碱土金属氧化物(AEMO)作为结构稳定性助剂的作用,本论文从DFT理论计算和不同的表征角度发现AEMO在Au/Ti02中可作为电子助剂效应来抬高载体的费米能级而改变催化剂的电子结构,进而促进CO氧化。可见光照进一步加强此促进作用。(5)可见光照下CuO可同时作为电子助剂和结构助剂促进Au/Ti02选择性催化氧化CO。分析认为,通过共沉淀法将Au纳米粒子嫁接在有序三维刺猬状微纳层级Ti02微球上形成的适量CuO薄层,不仅有利于Au纳米粒子在载体上的分散,而且增强了 Au粒子与载体间的电子转移作用。可见光照能同时促进Au、CuO和Ti02表面电子密度的提高,有利于CO在Au表面的吸附与活化、02在CuO或Ti02表面的吸附活化,进而提高催化性能。总之,通过直接引入电子助剂、通过Au纳米粒子的LSPR效应及催化剂中其他组分的光响应行为、通过调节半导体载体的费米能级,都可利用载体与活性组分Au间的电子转移作用来提高Au表面的电子密度,进而促进催化氧化CO的活性和选择性。此研究或可为设计或改性热催化剂和其它涉及电子转移的多相催化过程提供一个可能的理论指导。