ZnO納米線負載貴金屬催化劑的制備及結(jié)構(gòu)與氣相催化性能研究.pdf

1、催化在現(xiàn)代化學(xué)化工領(lǐng)域中占有極其重要的地位，納米材料由于具有尺寸小、比表面積大、表面原子和活性中心數(shù)目多等特點廣泛應(yīng)用于催化領(lǐng)域。納米催化劑的設(shè)計與制備是多相催化的核心問題之一，若能針對目前某些傳統(tǒng)納米催化劑存在的結(jié)構(gòu)單一、熱穩(wěn)定性差等問題制備具有特殊結(jié)構(gòu)的新型催化材料，不僅能顯著提高反應(yīng)效率，也對多相催化機制的研究有重要意義。
　　為獲得具有高活性高穩(wěn)定性負載型催化體系，并研究不同形貌氧化鋅載體對催化劑催化性能的影響，本研究采用

2、表面結(jié)構(gòu)規(guī)整統(tǒng)一的氧化鋅納米線為載體，以濕化學(xué)方法合成了氧化鋅納米線負載貴金屬催化體系。通過調(diào)控負載金屬與氧化鋅納米線載體之間的界面結(jié)構(gòu)，使負載金屬/合金納米粒子固定在載體表面，制備了一系列在一氧化碳氧化、水煤氣變換和甲醇水蒸氣重整反應(yīng)中具有高活性高穩(wěn)定性負載貴金屬催化體系。
　　采用氧化鋅納米線為載體制備Au/ZnO納米線催化體系，考察了其在一氧化碳氧化反應(yīng)中的催化活性和穩(wěn)定性。結(jié)果表明，制備方法、反應(yīng)液pH值、反應(yīng)溫度和金負載

3、量對催化劑的活性有重要影響。Au/ZnO納米線催化劑在經(jīng)過適當?shù)难趸幚砗螅▇400 ℃），金納米粒子與氧化鋅納米線之間可以形成外延生長的界面關(guān)系，該催化體系在空氣中經(jīng)600 ℃高溫焙燒后仍具有較高的催化活性，相比于Au/ZnO粉末催化劑具有更加優(yōu)異的耐儲存性、抗燒結(jié)性和反應(yīng)穩(wěn)定性。
　　采用氧化鋅納米線和氧化鋅粉末為載體制備Pt/ZnO催化體系，考察了焙燒和還原后處理對不同形貌氧化鋅負載鉑催化劑在水煤氣變換反應(yīng)中催化活性的影響。

4、結(jié)果表明，300 ℃還原后的Pt/ZnO催化劑活性最高，這是由于適當?shù)倪€原后處理促進了負載金屬與載體之間的相互作用，催化劑表面形成的PtZn合金納米粒子在水煤氣變換反應(yīng)中具有較高的催化活性。當還原溫度過高時（~650 ℃），由于金屬與載體強相互作用，部分氧化鋅載體遷移至催化劑表面，掩埋活性位點，導(dǎo)致催化劑活性大幅度降低。Pt/ZnO納米線催化劑在經(jīng)過適當?shù)倪€原處理后（~500 ℃），PtZn納米粒子與氧化鋅納米線之間同樣可以形成外延生長

5、關(guān)系，與未形成外延生長界面關(guān)系的Pt/ZnO納米線催化劑相比，其在高溫水煤氣變換反應(yīng)中具有更優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性和反應(yīng)穩(wěn)定性。在催化反應(yīng)過程中均未探測到其它副產(chǎn)物的生成，Pt/ZnO催化劑的CO2選擇性達到100％。
　　考察了氧化鋅納米線負載不同金屬以及不同氧化物載體負載鈀催化體系在甲醇水蒸氣重整反應(yīng)中的催化性能。結(jié)果表明，采用氧化鋅粉末和氧化鋅納米線為載體制備的負載鈀催化劑在反應(yīng)中具有較高的甲醇轉(zhuǎn)化率和較低的CO選擇性。當金屬負載

6、量較低時（<5wt%），Pd/ZnO催化劑表面主要形成PdxZny（x>y）合金，由于結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的PdxZny（x=y）合金更易在ZnO{0001}極性晶面上形成，因而低負載量的Pd/ZnO納米線催化劑的CO選擇性較高。提高金屬負載量和還原溫度有利于將PdxZny（x>y）合金轉(zhuǎn)化為PdxZny（x=y）合金。Pd/ZnO納米線催化劑經(jīng)過適當?shù)倪€原處理后，PdZn納米粒子與氧化鋅納米線之間形成的外延生長界面關(guān)系使其具有更優(yōu)異的反應(yīng)穩(wěn)定性。

7、
　　本研究利用N2吸附脫附測試、熱失重分析、X射線衍射、X射線光電子能譜、掃描電鏡和透射電鏡等測試手段對氧化鋅納米線負載貴金屬催化體系的結(jié)構(gòu)進行表征，并與其催化性能進行關(guān)聯(lián)。采用球差校正高分辨透射電鏡表征技術(shù)（AC-STEM）對催化體系中負載納米粒子與載體之間的界面結(jié)構(gòu)進行精細分析，對其超常的催化穩(wěn)定性尋求理論解釋。研究結(jié)果表明，由于氧化鋅納米線暴露規(guī)整統(tǒng)一的ZnO{10-10}非極性晶面，負載金屬/合金納米粒子經(jīng)過適當?shù)暮筇幚?/p>