低温一氧化碳催化氧化纳米稀土负载型钯催化剂的研究

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1、山东大学坝I。学位沧文摘要低温CO催化氧化在环境保护、燃料电池、封闭内循环式C02激光器、CO气体传感器、CO气体防毒面具以及密闭系统内微量CO消除等方面具有很强的应用价值。目前，低温CO氧化催化剂主要有贵金属催化荆和非贵金属催化剂。贵金属催化剂活性高，稳定性好，但价格较昂贵；非贵金属催化剂虽然价格低廉，但其性能与贵金属催化剂相比有一定的差距。稀土元素因其独特的电子构型被誉为新材料的宝库，稀土纳米化后，表现出许多特性，如高比表面效应、小尺寸效应、界面效应、透明效应、隧道效应、量子效应，这些效应能大大提高材料的性能和功能。若将少量贵金属与稀土结合，制备成纳米稀土负载型催化剂，则可能在

2、大大减少贵金属用量的同时，提高催化剂的活性和稳定性。本文采用四种不同的方法制备了四种不同的载体一一溶胶一凝胶法制备的涂覆A1203溶胶的活性炭纤维、柠檬酸络合法制备的CuO．Ce02复合粉体、热分解法制备的普通Ce02粉体以及溶胶凝胶一共沸蒸馏法制备的纳米Ce02粉体，通过浸渍法将贵金属Pd负载在载体上，经恒温水浴处理，形成纳米稀土负载型Pd催化剂。研究并讨论了影响催化剂活性的各种因素以及催化剂的稳定性。结果表明，以纳米Ce02粉体为载体、Pd含量2wt％的催化剂，活性最好。CO完全氧化的最低温度为40℃；以涂覆一次异丙醇铝制备的A1203溶胶的活性炭纤维为载体、Pd含量2wt％、

3、稀土Ce含量10wt％的催化剂活性较好，CO完全氧化的最低温度为80℃。Pd—Cu／纳米Ce02催化剂连续反应168小时，活性降低比较平缓，稳定性较好。本文借助差热分析技术(DTA)研究了CuO-Ce02与纳米Ce02的前驱体在升温过程中发生相交和反应的温度，并结合x-射线衍射技术(XRD)研究了产物的物相结构与组成；利用扫描电子显微镜(SEM)、X-射线衍射仪(XRD)、能谱仪(EDS)、透射电子显微镜(TEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)对Pd—Cu／纳米Ce02催化剂进行了表征。SEM和TEM分析结果表明：Pd．Cu／纳米Ce02催化剂的表面出凹凸不平的球状和块状的粒

4、子拼接而成，并有很多空隙：活性组分在载体上分散较为均匀，平均粒径约在lOnm之内，粒子呈球形。HRTEM分析结果表明，纳米粒子的表层存在着大量的不完整区域，这些不完整区域内大量表面缺陷的存在，增加了山东久学硕‘j：学位论文粒子表面上活性中心数目，提高了催化剂的活性。本文初步探讨了纳米稀土负载型Pd催化荆的催化机理，认为CO在催化剂上的氧化反应机理类似于乙烯氧化制备乙醛时Wacker催化剂上的反应过程。活性金属化合物主要溶解在表面水合的水中，所得的金属离子以复杂的方式与化学吸附的CO和02产生键合，钯与铜之间存在协同作用。关键词：CO纳米稀土催化剂山尔人学帧I学位论文ABSTRACT

5、Low—temperatureCOcatalyticoxidationhashighvalueinenvironmentalprotection，fuelbatteries，closed—cycleC02lasers，COgassensors，COgasmasksandlittleCOremovinginenclosedspace．Atthepresenttime，therearemainlynoblemetalsandnon·noblemetalsasCOoxidationcatalysts．Noblemetalscatalystshavehighcatalyticactivit

6、yandstability，buttheyareexpensive．Non·noblemetalscatalystshavelowprice．However，therearewidegapsinpropertiesbetweennon-noblemetalscatalystsandnoblemetalscatalysts．Lanthanonisregardedasmineofnewmaterialsbecauseofitsspecialelectronicstructure．Ifthesizeoflanthanoniscontrolledatnanometerlevel，itsho

7、wsmanycharacteristicssuchastheeffectsofhighsurface，littlesize，interface，transparence，tunnelandquantawhichcangreatlyimprovepropertiesofmaterials．Ifweintegratelittlenoblemetalintolanthanonandcrankoutnanometercatalystsloadedrareearth，wecan