【摘 要】
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丙烷氧化脱氢制丙烯和CO加氢制备乙醇和C2含氧化合物的反应是两个研究热点,对于解决当代面临的能源枯竭和环境污染问题都有重要的经济和社会意义。但对于这些催化反应的机理、催化剂结构和催化性能之间的关系、催化剂的活性中心等问题仍未有明确的结论。本论文拟通过构建NiO/Rh（111）、CoO/Rh（111）模型催化体系,利用XPS、LEIS等表征手段研究丙烷在催化剂上的吸附和活化的活性中心位;通过构建Fe
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丙烷氧化脱氢制丙烯和CO加氢制备乙醇和C2含氧化合物的反应是两个研究热点,对于解决当代面临的能源枯竭和环境污染问题都有重要的经济和社会意义。但对于这些催化反应的机理、催化剂结构和催化性能之间的关系、催化剂的活性中心等问题仍未有明确的结论。本论文拟通过构建NiO/Rh（111）、CoO/Rh（111）模型催化体系,利用XPS、LEIS等表征手段研究丙烷在催化剂上的吸附和活化的活性中心位;通过构建FeOx/Rh（111）模型催化体系,利用XPS、LEIS、LEED和IRAS等表面科学方法,考察CO加氢反应的性能与催化剂结构的关系,阐明Fe助剂对Rh基催化剂的促进作用机制。本论文的主要工作如下:一、采用后氧化法在Rh（111）表面制备了层-层模式生长的NiO薄膜,结果表明亚单层的NiO以2D模式生长,存在O-Ni-O的三层结构。多层NiO具有类体相NiO的结构。亚单层的NiO在氧化过程中发生团聚,从2D模式转变为3D团簇。NiO膜的热稳定性与膜的厚度有关,亚单层的NiO膜分解的起始温度较多层NiO膜低约200K。NiO膜完全还原后表面均可形成Ni-Rh合金。丙烷与NiO膜的反应表明:反应过程和丙烷活化活性位与膜的厚度有关。在多层NiO膜上,丙烷还原反应存在诱导期,且需要较高压力和较高温度条件;而在亚单层NiO上在较低温度和压力下就可完全分解,并且反应没有诱导期的出现。多层NiO与丙烷反应需要在NiO表面产生氧缺陷位,从而产生NiO-Niy、的丙烷活化位;亚单层NiO在与丙烷反应时,基底Rh参与了丙烷的活化,其反应位可能是界面的NiO-Rh。二、采用反应蒸着法在Rh（111）上制备了层-层生长的CoO薄膜。热稳定性考察表明:在氧气氛下,923K时其CoO膜可能发生了团聚,从层状结构转变为岛状具有类体相结构的CoO团簇。在真空中,单层和亚单层CoO膜623K开始分解,而多层CoO膜约823K时发生团聚、923K时开始发生分解,在1023K温度条件下仍未能完全分解。丙烷与CoO膜的反应表明:在多层CoO膜上,反应需要在较高压力和温度进行;而在亚单层的CoO上所需的丙烷压力和还原温度条件则温和得多。与丙烷的反应过程中单层和多层的CoO均发生了团聚,基底Rh参与了丙烷的活化,其反应可能是在CoO-Rh界面处进行。三、采用反应蒸着法在高温低氧压条件下制备得到FeO1-x（x＜1）,该氧化物在Rh（111）以二维模式生长至1ML,且形成了具有O-Fe-Rh的双层结构。其在真空条件下较稳定,在氧气氛下623K时转变为具有O-Fe-O-Rh三层结构的FeO2-x（x<1）,当温度升高至923K时又恢复为FeO1-x。说明两者在不同温度和O2压力条件下,可以发生可逆的转变。随后采用反应蒸着法,在富氧气氛中,623K温度下制备了 FeO2-x（x<1）膜,该氧化物在Rh（111）上可以持续沉积。利用制备得的两种模型体系考察其CO加氢反应性能:与30Torr 2:1的H2:CO反应混合气,在275℃反应1小时后,反应评价结果表明Fe的添加有利于提高乙醇选择性并抑制CH4的生成。通过AES表征,发现FeOx均被还原成金属Fe,IRAS结果表明在反应过程中可能形成了 Fe-Rh合金,从而改变了 Rh催化剂的活性位的数量和性质。当FeOx覆盖度为1ML时,其反应选择性最佳。此外,在反应过程中,Fe的掺杂提高了反应中C2H4的选择性,可能是由于在反应中形成了 FexCy的活性相,在FeO2-x/Rh（111）体系中,超过1ML覆盖度时,FexCy大量存在,抑制了CO加氢反应乙醇的生成。
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