納米Au催化CO2加氫還原制CO反應(yīng)研究.pdf

1、大氣環(huán)境中二氧化碳(CO2)等溫室氣體濃度的升高導(dǎo)致全球氣候變暖的“溫室效應(yīng)”，相關(guān)環(huán)境問題日趨嚴(yán)峻。關(guān)于CO2的利用研究是全球性的熱點(diǎn)研究課題，涉及國際上的“碳配額”及“清潔能源”重大熱點(diǎn)、焦點(diǎn)問題，其將直接關(guān)系到國家的能源安全以及經(jīng)濟(jì)發(fā)展的命脈?？稍偕茉词翘贾行缘哪茉?，可逐步替代化石能源以實現(xiàn)CO2減排，但其仍面臨著能源儲存問題。CO2加氫還原合成燃料是有效解決儲能問題的方案之一。CO2加氫還原制一氧化碳(CO)反應(yīng)可實現(xiàn)CO2的

2、有效轉(zhuǎn)化和利用。CO可作為中間物通過費(fèi)托合成、甲醇合成反應(yīng)進(jìn)一步合成甲醇、烴類等附加值高的燃料和化學(xué)品。
　　納米金催化劑對水汽變換反應(yīng)具有良好的催化作用。可推測，納米金催化劑對CO2加氫還原制CO反應(yīng)（前者的逆反應(yīng)，即逆水汽變換反應(yīng)）也具有一定的催化活性，但鮮有研究報道。本論文針對納米金催化CO2加氫還原制CO反應(yīng)進(jìn)行研究，提出和確定了反應(yīng)中的甲酸鹽反應(yīng)中間物種的存在性及其等離子體增強(qiáng)效應(yīng)。具體包括催化活性、反應(yīng)機(jī)理及等離子體增

3、強(qiáng)效應(yīng)的初步探索這三方面研究。(1)考察催化劑預(yù)處理、反應(yīng)條件和載體對催化劑活性的影響以及催化劑穩(wěn)定性，通過對催化劑的結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行表征，并與反應(yīng)活性關(guān)聯(lián);(2)進(jìn)行反應(yīng)機(jī)理初步研究，確定甲酸鹽反應(yīng)中間物種;(3)初步探索該反應(yīng)中等離子體增強(qiáng)效應(yīng)。上述重要表征手段有H2程序升溫還原、CO2吸附/脫附、程序升溫脫附、原位漫反射紅外光譜、質(zhì)譜等。與其他催化劑（如Pd-In雙金屬）相比，納米金催化劑解決了反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率低的問題，且在40

4、0或450℃以上和相應(yīng)空速條件下，CO2轉(zhuǎn)化率接近熱力學(xué)平衡值，產(chǎn)物CO選擇性近100％。
　　主要的研究結(jié)果如下:采用改性浸漬法制備具有高活性、高選擇性的Au/CeO2和Au/TiO2兩種納米金催化劑。經(jīng)過N2預(yù)處理過程的Au/CeO2活性最佳。隨著反應(yīng)溫度提高、H2/CO2摩爾比增加、空速降低均使CO2轉(zhuǎn)化率增加。在反應(yīng)溫度為400℃、H2/CO2摩爾比為1、空速為6000 mL/(h·gcat)條件下，CO2轉(zhuǎn)化率為20.7

5、％，接近熱力學(xué)平衡值22.4％，且CO選擇性為近100％。通過原位漫反射紅外光譜與質(zhì)譜結(jié)合的手段，確定了Au/CeO2催化劑上的表面物種甲酸鹽是催化CO2加氫還原制CO的反應(yīng)中間物種。
　　通過介質(zhì)阻擋放電的方式，將等離子體與納米Au催化結(jié)合，為CO2加氫還原制CO提供了一種新的反應(yīng)途徑。該途徑有效提高了反應(yīng)的CO2轉(zhuǎn)化率。在反應(yīng)器溫度為400℃、頻率為5kHz、輸入功率為15W的條件下，等離子體催化反應(yīng)的CO2轉(zhuǎn)化率為25.5％