抗水性Co基催化剂的制备及其低温催化CO氧化的催化性能

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1、学校代码：10259学号：156061305密级：公开上海应用技术大学硕士学位论文题目：抗水性Co基催化剂的制备及其低温催化CO氧化的催化性能英文题目：PreparationandCatalyticPerformanceonCo-basedCatalystsforLowTemperatureCOOxidation专业：工业催化学院：化学与环境工程学院研究方向：环境催化姓名：周艳指导教师：卢冠忠教授俞俊副教授2018年5月21日抗水性Co基催化剂的制备及其低温催化CO氧化的催化性能摘要本文采用固相研磨法制备了一系列高分子层包裹的M3Co16Ox(M=Cr,Ti,Zr,Fe,Mn)催化剂，考察不同

2、过渡金属元素修饰对其低温催化CO氧化性能的影响。采用HR-TEM、XRD、N2吸-脱附、H2-TPR、CO/O2-TPD、XPS、FT-IR和TG等方法对催化剂的物化性能进行表征，研究了Co基催化剂组成结构及其表面高分子层与催化活性和稳定性之间的关系，取得了以下主要研究成果。（1）研究了催化剂组成对M3Co16Ox催化剂催化性能的影响。结果表明，所有的M3Co16Ox催化剂都是由平均厚度为4~7nm的高分子层包裹的高分散介孔纳米粒子。所有催化剂表面的氧空穴和晶格氧含量按下列顺序依次降低：Mn3Co16Ox>Fe3Co16Ox>Zr3Co16Ox>Ti3Co16Ox>Cr3Co16Ox，这与催化

3、活性顺序相一致。在所有的M3Co16Ox催化3+2+剂中，聚合物纳米膜包裹的Mn3Co16Ox纳米粒子含有最高的Co/Co原子比（1.56），最高的表面氧空穴（17.5%）和晶格氧（62.2%）含量，因而具有最出色的催化活性，在0.6vol.%的水汽条件下，可以实现在55℃完全催化氧化CO。而且Mn3Co16Ox在85℃及更高的水汽条件（3vol.%H2O）下展现了长期的稳定性，在催化反应经历一个月后其催化活性没有下降。（2）对比了涂覆高分子层的Mn3Co16Ox和去除高分子层的Mn3Co16Ox-free催化剂的催化性能。在稳定性测试中Mn3Co16Ox-free催化剂的起始转化率为80%明

4、显比Mn3Co16Ox纳米粒子低，而且催化活性快速下降。结果表明高分子层的存在对催化活性和抗水性有积极作用，可以阻隔部分水汽，防止水分子吸附在活性位上，并进一步抑制催化剂表面碳酸盐的积聚。（3）研究了不同前驱体（乙酸锰、硝酸锰、硫酸锰）对Mn3Co16Ox催化活性的影响。研究结果表明由不同前驱体制备的Mn3Co16Ox催化剂的催化活性遵循下列顺序：Mn3Co16O（xC）>Mn3Co16O（xN）>Mn3Co16O（xS）。乙酸锰做为前驱体时制备的Mn3Co16Ox（C）催化剂，含有最多的氧空穴含量（17.5%）和晶格氧含量（62.2%），具有最大的比表面积，可以让更多的晶格氧暴露在催化剂表面

5、，同时削弱Co-O键，促进氧的流动3+性，提供更多的Co活性中心，因而获得了最佳的催化活性。关键词：M3Co16Ox催化剂；高分子层包裹；抗水性；低温CO氧化PreparationandCatalyticPerformanceonCo-basedCatalystsforLowTemperatureCOOxidationAbstractAseriesofM3Co16Ox(M=Cr,Ti,Zr,Fe,Mn)oxidecatalystswrappedbypolymernanofilmweredevelopedbythesolid-phasemethod,theeffectofthemodificat

6、ionofdifferenttransitionmetalelementsonthephysicochemicalandcatalyticpropertiesofM3Co16Oxcatalystsforthelow-temperatureCOoxidationwerestudied.AllthecatalystswerecharacterizedbyHR-TEM,XRD,N2adsorption-desorption,CO/O2-TPD,H2-TPRXPS,FT-IRandTGtechniques.TherelationshipsbetweenthestructureofCo-basedcat

7、alystwithitssurfacemacromoleculelayerandcatalyticactivityaswellasstabilitywerestudied.Themainresultswereobtainedasfollows.TheinfluenceofthecatalystcompositiononthecatalyticpropertiesofM3Co16Oxcatalyst