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发展兼具高活性和高稳定性的CO氧化催化剂对理论研究和实际应用都具有重要意义。负载型Au催化剂已被证明对CO氧化反应具有很高的催化活性,然而,Au的储量有限、成本较高,必须在获得高活性的同时提高Au的使用效率;Au的稳定性较差,高温下或长期使用过程中极易发生团聚而失活,需要寻找合适的方法稳定Au颗粒;此外,Au催化CO氧化的反应机理尚不明确。本文围绕负载型Au催化剂在CO氧化反应中的应用,分别以提高Au的使用效率和稳定性为目标,制备了Au/F-CeO2和S1O2/Au/T1O2两种催化剂。 1.采用简单自由膨胀法制备了一种CeO2泡沫,以此为载体、通过改进的沉积-沉淀法制备了一系列CeO2泡沫负载Au催化剂,并通过控制Au的负载量,最终实现Au的原子级别分散。所得催化剂中Au的分散性较好,粒径均一,平均粒径与负载量成正比。CO氧化性能测试结果表明负载量为11wt%的催化剂活性最高,而原子级别分散催化剂兼具良好的催化剂活性和稳定性,实现了提高Au的使用效率、降低成本的目标。以该催化剂为对象,DRIFTS分析揭示了CO和O2吸附和转化的过程,DFT计算结果表明Au原子是CO吸附和反应更稳定的位点。 2.采用商品化的TiO2P25为载体,通过沉积-沉淀法制备了高活性的Au/TiO2催化剂,然后通过后处理选择性地包覆一层SiO2,从而制备出耐高温烧结的SiO2/Au/TiO2催化剂。该催化剂中Au颗粒粒径较为均一,平均粒径为4.74nm;S1O2壳层厚度约为2nm,由于硫醇的保护作用,该壳层没有覆盖Au颗粒,而是包覆在TiO2表面、Au颗粒周围,对Au颗粒起着限制作用。经过后处理的催化剂活性有所下降,CO完全转化温度从10℃增加到50℃,但是耐高温烧结能力得到明显的提升,这得益于SiO2壳层限制和金属-载体相互作用的共同效果。高温500℃焙烧之后,S1O2/Au/TiO2催化剂活性基本不受影响,甚至高温600℃焙烧后依然可以在90℃实现CO完全转化,这是未经后处理的Au/T1O2催化剂无法达到的。