介孔金属氧化物的制备及其在CO催化氧化中的应用
CO氧化与选择氧化涉及能源、环境、健康与安全等多个领域,具有重要的实际应用与基础研究价值.在诸多消除CO的方法中,催化氧化法是公认为最有效的途径之一,而催化剂是实现该过程的关键.尽管贵金属催化剂与其他非贵金属催化剂相比,有很好的催化活性,但是高昂的价格,低的抗卤素性限制了其大规模的应用.体相贱金属及其复合金属氧化物对CO氧化显示出了良好的催化性能,但较低的比表面积和不发达的孔道结构,使得这类催化剂催化活性受到影响.因此研究具有高比表面积和发达孔道结构的过渡金属氧化物催化剂有着重要的理论价值和实用价值.本文详细研究了不同孔道二氧化铈及其复合金属氧化物制备,它们的孔结构和物化性质通过XRD、BET、TEM、Raman、FTIR、XPS、H2-TPR等技术研究,评价了其CO氧化催化活性.取得的主要结果如下:1.制备了介孔、微孔和纳米三种不同孔道结构的CeO2纳米材料,介孔CeO2(mesoCeO2)和微孔CeO2(micro-CeO2)分别以介孔硅KIT-6和高硅ZSM-5(Si/Al=344.1)作为硬模板通过硬模板法制备.纳米CeO2(nano-CeO2)通过沉淀法制备.负载一定量的Pd在所制备的meso-CeO2、micro-CeO2和nano-CeO2上,评价了其对CO的催化活性.Pd/mesoCeO2展现出了优异的催化性能,完全转化温度仅为50oC.按照分析结果,Pd/meso-CeO2有一个好的催化性能不仅与meso-CeO2大的比表面积、小的晶粒尺寸和三维介孔结构有关,而且与催化剂表面活性氧物种有关.2.采用介孔硅KIT-6作为硬模板,通过纳米复制法制备了具有三维介孔的过渡金属(Co、Cu、Fe)掺杂CeO2.所有样品均具有很高的比表面积(>120m2g-1)和有序的介孔结构.研究表明,Co、Cu和Fe物种的掺入能有效的增强CeO2表面的化学吸附氧浓度.与Co和Fe物种相比,Cu物种掺入有一个明显的增加.对所有的样品评估了CO催化活性,Cu掺杂的CeO2催化剂拥有最好的催化活性,其对CO氧化的完全转化温度仅为55 oC.3.通过用不同的水热合成温度制备的KIT-6作为硬模板,制备出了不同孔径的Cu掺杂CeO2.当KIT-6-50(水热合成温度为50oC)和KIT-6-100(水热合成温度为100oC)用作硬模板时Uncoupled结构形成,当KIT-6-130(水热合成温度为130oC)用作硬模板时Coupled结构形成.与Coupled结构的Cu掺杂CeO2相比较,Uncoupled结构的Cu掺杂CeO2拥有更大的比表面积和更开放的孔道结构.评价了三种催化剂对CO催化活性,用KIT-6-50作为硬模板制备的Cu掺杂CeO2催化剂有很好的CO催化活性,完全转化温度仅为53oC.结果表明,大的比表面积和更为开放的孔道结构有助于CO的催化氧化.
- 作者：
- 苏云飞
- 学位授予单位：
- 大连工业大学
- 专业名称：
- 材料科学与工程
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2015年
- 导师姓名：
- 宋宇
- 中图分类号：
- O643.36；TB383.4
- 关键词：
- 介孔金属氧化物；纳米复制；储氧材料；CO催化氧化
- Mesoporous metal oxides； Nanocasting route； Oxygen storage materials； CO catalytic oxidation