论文部分内容阅读
富氢气体是质子交换膜燃料电池(PEMFC)常用的燃料,但由于其中含有的微量CO对电池的电极有毒化作用,因而常采用CO优先氧化法(COPROX)对富氢气体进行净化处理。目前,用于该反应的非贵金属催化剂主要集中在Cu基催化剂,Co基催化剂表现出了良好的低温CO氧化活性,但对其用于CO优先氧化的研究还远远不够。本论文的主要目的是研究纳米铈锆复合氧化物载钴基催化剂用于CO优先氧化反应的催化性能,逐步对催化剂进行优化,以提高其低温活性、稳定性及抗H2O和CO2等性能。首先,我们研究了载体中Ce02与Zr02之间的协同作用对载钴催化剂催化性能的影响,并通过XRD和H2-TPR表征技术研究了催化剂结构与其催化性能之间的联系。研究结果发现,氧化锆的加入显著提高了氧化铈的可还原性,Ce02与Zr02之间的协同作用有利于催化剂CO优先氧化催化性能的提高,即使在活性组分钴载量很低的情况下铈锆复合氧化物载钴催化剂也表现出了优异的催化性能。接着,我们对纳米铈锆复合氧化物载钴基催化剂进行了一系列优化,以提高其CO优先氧化的催化性能,得到的结果如下：(1)载体中Ce/(Ce+Zr)原子摩尔比对催化齐(?)Co/CexZr1-xO2(?)勺物理化学特性及催化性能影响重大,只有合适的Ce/(Ce+Zr)才能对催化剂的性能产生有利的影响,Ce/(Ce+Zr)为0.85～0.95的铈锆复合氧化物是优良的载体。(2)活性组分钴的载量以及焙烧温度影响催化剂的氢耗量、氧化钴的还原温度以及催化剂的晶粒大小等,这些都是影响催化剂Co/Ce0.85Zr0.15O2催化性能的决定性条件。钴的最佳载量为16wt.%,载体和催化剂的最佳焙烧温度均为450℃。(3)改性剂Mn的加入显著提高了载钻催化剂在较低温度时的活性及抗H20和CO2能力,拓宽了CO达到完全转化时的温度窗口,Co/Mn原子摩尔比为8：1,总载量为16wt.%时催化剂性能最优。Co与Mn之间存在强烈的相互作用,引起电子转移,提高了高价钴的存在,有效提高了催化剂的性能。(4)利用Bi对载体Ce0.85Zr0.15O2改性后制备得到的负载型Co-Mn催化剂能够进一步提高其在10%的H2O和10%的CO2存在下的催化性能,Bi含量为4.2wt.%时催化剂性能提高更为明显。