载体形貌对Pt/BaO/Al2O3催化剂氮氧化物储存还原性能影响的研究

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富氧燃烧的运行模式提高了柴油发动机的燃油经济性,但也增加了尾气中NOx的控制的难度。NOx储存还原(NSR)技术通过稀燃、浓燃工况的周期性调变,实现NOx的存储、还原,是一种高效的柴油车NOx净化技术。Pt/BaO/Al2O3是研究最为广泛的NSR催化剂,其多组分间的紧密接触和功能耦合是提升催化活性的关键。本论文以载体的性能调变为切入点,选用氧化铝纳米棒和纳米颗粒为载体合成了Pt/BaO/Al2O3催化剂,系统考察了其在稀燃、稀燃-浓燃动态循环条件下NOx的储存、还原性能,利用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、氢气-程序升温还原(H2-TPR)、原位红外(in-situ DRIFTS)等分析了催化剂结构、氧化还原性能及NSR反应过程,揭示了氧化铝载体形貌对Pt/BaO/Al2O3催化性能的影响机制。取得的主要成果如下:  本文以纳米棒(Nanorod,nr)和纳米颗粒(Nanoparticle,np)的γ-Al2O3为载体,制备了不同BaO负载量的Pt/BaO/Al2O3催化剂,在稀燃、稀燃-浓燃动态循环条件对NOx的存储、还原性能存在显著的载体形貌效应。在100~400℃范围内,以纳米棒为载体的NSR催化剂(Pt/BaO/Al2O3-nr)较以纳米颗粒为载体的样品(Pt/BaO/Al2O3-np)呈现出更为优异的NOx存储性能(NSC)其最大NSC值为966.9mol/g-cat,是Pt/BaO/Al2O3-np的1.4倍。在稀燃-浓燃循环条件下(稀燃90s、浓燃5s)、反应空速为180,000mL·(g·h)-1时,纳米棒对应的NSR样品催化性能也更优,在300~450℃温度范围内NOx转化率超过98%。  XRD、XPS等测试结果表明,以Al2O3-nr为载体合成NSR催化剂时,载体与储存组分Ba存在强的相互作用;H2-TPR、XPS表征结果显示,以纳米棒为载体也使得贵金属组分Pt与邻近含Ba物种与的相互作用更为紧密;Pt/BaO/Al2O3-nr催化剂上这一多组分间的紧密接触效应提高了Ba物种的分散度,为稀燃阶段NOx的储存提供了更丰富的位点,加速了储存初始阶段表面亚硝酸盐和硝酸盐的形成,从而提升了其NOx储存性能;Ba-Al、Pt-Ba之间强的相互作用提高了NSR催化剂的氧化还原性能,促进了H2的溢流,加速了ad-NOx物种的脱附、及其向Pt表面的逆向溢流,提高了浓燃阶段Pt/BaO/Al2O3-nr对NOx的还原效率,是稀燃-浓燃动态循环条件下纳米棒型NSR催化剂整体性能更优的关键原因。
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