Au負(fù)載型三維有序大孔納米催化劑的合成、表征及其對富氫氣氛中CO優(yōu)先氧化性能的研究.pdf

1、富氫氣體是質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)的常用燃料。富氫氣體中的微量CO可以強烈地吸附在燃料電池的電極上，大大降低了電池性能。因此，常采用CO優(yōu)先氧化(COPROX)法除去微量的CO。三維有序大孔(3DOM)材料由于其具有獨特的開放性的大孔，在增大材料比表面積的同時，能夠減小反應(yīng)物質(zhì)的擴散阻力，加快擴散速度以及提高擴散效率，從而有助于獲得更高的催化活性。
　　本論文主要針對COPROX反應(yīng)，采用膠體晶體模板法制備了一系列3DOM

2、催化劑，并通過優(yōu)化合成條件得到高活性的催化劑。
　　論文第一章對燃料電池、COPROX反應(yīng)催化劑的研究現(xiàn)狀及3DOM材料的制備方法進行了綜述。
　　論文第二章分別以檸檬酸、草酸為絡(luò)合劑/沉淀劑，CeCl3、Ce(NO3)3為前驅(qū)體鹽合成了一系列3DOMAu/CeO2催化劑。得到的Au/CeO2催化劑表現(xiàn)出排列整齊、連貫有序的三維大孔結(jié)構(gòu)，孔壁由CeO2晶粒組成。由于合成樣品時使用了不同的鈰前驅(qū)體鹽及不同的絡(luò)合劑/沉淀劑，導(dǎo)致

3、3DOMAu/CeO2催化劑的表面元素組成、CeO2的粒徑、大孔-介孔骨架以及Au在催化劑中的價態(tài)都有所不同。當(dāng)使用Ce(NO3)3作為前驅(qū)體鹽時，得到了具有介孔孔壁的大孔結(jié)構(gòu)，使得催化劑具有大孔-介孔的新穎結(jié)構(gòu)，介孔孔徑為3-4nm。對一系列3DOMAu/CeO2催化劑進行了COPROX反應(yīng)的活性測試。發(fā)現(xiàn)以Ce(NO3)3為前驅(qū)體鹽，草酸為沉淀劑制得的Au/CeO2催化劑較其他催化劑表現(xiàn)出高的催化活性。在PEMFC的工作溫度下，Au

4、/CeO2-OA-Ce(NO3)3催化劑表現(xiàn)出88.3％的CO轉(zhuǎn)化率和59.3％的CO2選擇性。
　　論文第三章采用前驅(qū)體熱分解輔助膠體晶體模板法制備了一些列3DOMAu/CeO2-Co3O4催化劑。研究結(jié)果顯示，Au/CeO2-Co3O4催化劑具有周期性三維有序大孔結(jié)構(gòu)，排列呈長程有序，組成和孔徑大小可調(diào)。載體的孔壁由CeO2-Co3O4復(fù)合氧化物的納米粒子組成，且具有大孔-介孔的特殊結(jié)構(gòu)，介孔孔徑為3-4nm。催化測試結(jié)果表明

5、，催化劑的催化活性依賴于催化劑的組成、相結(jié)構(gòu)、孔形貌以及催化劑表面的元素組成及價態(tài)等。與Au/CeO2和Au/Co3O4相比較，三維有序大孔Au/CeO2-Co3O4在COPROX反應(yīng)中表現(xiàn)出更優(yōu)異的活性。對Au/(1∶4)CeO2-Co3O4催化劑進行了360h壽命測試，結(jié)果顯示該催化劑CO轉(zhuǎn)化率一直保持在84％左右，CO2選擇性保持54％左右。
　　論文第四章采用前驅(qū)體熱分解輔助膠體晶體模板法通過改變Ce/Cu摩爾比合成了一系

6、列3DOMCeO2-CuO載體催化劑。得到的CeO2-CuO載體表現(xiàn)出連貫有序的三維大孔結(jié)構(gòu)。Ce/Cu摩爾比為9∶1、7∶3和1∶1的CeO2-CuO載體在大孔的孔壁上存在3-4nm的介孔。對合成的一系列3DOMCeO2-CuO基催化劑進行了COPROX反應(yīng)活性測試。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)Ce/Cu的比例為7∶3獲得了最高的催化活性，這是由于在該比例下CeO2和CuO之間存在強烈的協(xié)同作用，這種協(xié)同作用會影響催化劑的催化性能。為了進一步提高催化