甲醛是室内主要空气污染物之一,主要来源于室内各种装饰装修材料。长期暴露在含有低浓度甲醛的环境当中会对人类的健康产生严重的危害。因此,研究开发高效的消除甲醛的空气净化技术具有重要意义。在各种净化空气技术中,催化氧化法被认为是一种非常有效的消除甲醛技术。该技术能够在较为温和的条件下将甲醛催化氧化为CO2和H2O,具有能耗低和环境友好等优点,应用发展前景广阔。负载型Pt基催化剂具有很强的活化分子氧的能力,对包括甲醛在内的各种挥发性有机化合物(VOCs)的催化氧化消除表现出较为优异的性能。当前,如何能够结合载体选择和制备条件优化,设计制备出性能更加优异的高性能负载型Pt基催化剂,进一步提高甲醛低温催化氧化性能已成为人们广泛关注的课题;此外,深入研究和探讨催化剂的活性中心性质和催化作用机制等基础问题也已成为相关研究领域中的热点问题。基于上述情况,本文主要开展了系列Pt基催化剂的制备及催化性能等研究工作,以期获得适用于室温下甲醛催化氧化的Pt基催化剂。分别以Al2O3、Fe3O4和Ti O2作为载体,通过提高Pt在载体表面分散性、与载体的相互作用等策略制备出一系列负载型Pt纳米粒子催化剂。这些催化剂均表现出较强的活化分子氧的能力,在甲醛催化氧化反应中表现出较为优异的催化性能。结合多种表征手段研究了催化剂的结构、表面等物理化学性质,并与催化反应性能相关联,探讨甲醛催化氧化反应中的催化反应活性中心性质、催化反应历程等问题。论文的主要内容和结果概述如下:一、Pt-Fe Ox/Al2O3催化剂上HCHO低温氧化性能研究以Al2O3为载体,采用胶体沉积法制备了负载型Pt-n Fe Ox/Al2O3催化剂,研究了Fe/Pt原子比和反应气中水含量等因素对室温下甲醛催化氧化反应性能的影响。其中Pt-1.0Fe Ox/Al2O3(Fe/Pt=1/1)催化剂表现出较为优异的催化性能,能够在室温下将甲醛完全转化CO2和H2O。各种表征结果证实:Pt-1.0Fe Ox/Al2O3催化剂中的Pt粒子和Fe粒子高度分散在氧化铝载体表面,且二者之间存在着较强的相互作用,形成了较多的具有高反应活性的界面活性位,从而使催化剂表现出较高的甲醛低温氧化活性。当Fe/Pt比例逐渐增大,过多的Fe Ox物种会覆盖Pt粒子,减少了Fe-Pt界面及其界面处的活性位数量,导致催化活性降低。此外,在反应气中引入的适量的水蒸气能够促进甲醛的活化,可以进一步提高催化剂的反应活性。这应该主要归因于适量的水分子能够与Pt-Fe Ox/Al2O3催化剂表面的Fe Ox物种发生相互作用,形成较多的表面Fe-OH基团,其中位于Pt纳米粒子和氧化铁界面上的-OH基团(Fe3+-OH-Pt)可以作为新的活性中心直接参与甲醛的活化和反应中间体(甲酸盐)的生成,从而促进了催化剂反应活性的提高。当水蒸气浓度过高时,过量的水分子会覆盖部分催化剂的活性中心,抑制了O2和HCHO的吸附活化,使催化剂活性有所降低。二、Pt/Fe3O4催化剂上的HCHO氧化性能研究采用共沉淀法、浸渍法等方法制备了一系列Fe3O4负载Pt的催化剂,考察了其对甲醛催化氧化反应的性能,并研究了催化剂焙烧温度、反应气氛等因素对催化剂性能的影响。其中,共沉淀法制备的Pt/Fe3O4-CD催化剂表现出较高的催化活性,在室温下甲醛的转化率达到94.5%。表征结果证实:在Pt/Fe3O4-CD催化剂上,具有较小尺寸的Pt纳米粒子均匀分布在具有八面体形貌的Fe3O4粒子表面,二者之间存在着较强的相互作用;Fe3O4载体表面存在丰富的羟基,能够作为活性中心参与甲醛和氧分子的活化,使催化剂表现出较高的甲醛低温氧化活性。焙烧温度对Pt/Fe3O4-CD催化剂的性能有较大影响。随着焙烧温度升高,催化剂表面Pt物种、Fe物种的价态以及羟基物种的数量均发生明显变化,较高的焙烧温度导致甲醛的转化率显著降低。此外,在八面体Fe3O4粒子所暴露的相对稳定的(111)晶面上,氧和水分子更容易吸附,并解离活化形成Fe-O或Fe-OH等物种。当反应气中引入适量水蒸气时,在Pt粒子和八面体Fe3O4载体间界面处会形成具有更高活性的(Pt)-O-Fe-OH活性位,能够有效促进电子转移和氧分子的活化,从而使Pt/Fe3O4-CD催化剂表现出优异的催化性能。三、Ti O2纳米带负载Pt催化剂的制备及催化HCHO氧化性能研究分别以水热法制备的二氧化钛纳米带(Ti NBs)及酸化处理得到的二氧化钛纳米带(Ti NBs-ac)为载体,采用浸渍法制备了Ti O2纳米带负载Pt催化剂,Pt/Ti NBs和Pt/Ti NBs-ac。各种表征结果显示:与未经过酸处理的Ti NBs相比,Ti NBs-ac载体的表面粗糙度显著提高,且具有介孔结构特征。这些特性应该有利于活性物种的分散,并能提高催化剂活性比表面积,加速反应物和产物在催化剂表面的扩散。催化反应评价结果表明:Pt/Ti NBs-ac催化剂在室温下就表现出较高的分子氧活化能力,能够将91.6%的甲醛转化为CO2和H2O,性能明显高于Pt/Ti NBs以及Pt/P25催化剂(甲醛转化率分别为42.3%和39.1%)。研究结果表明,在Pt纳米粒子和Ti NBs-ac载体的界面处会产生丰富的氧空穴,气相中的氧分子会吸附在氧空穴同时被活化为活性氧物种,从而使催化剂表现出很强的活化分子氧的能力。此外,Pt/Ti NBs-ac催化剂表面拥有较为丰富的羟基基团,可以促进甲醛吸附在Ti O2的缺陷位上,从而促进了催化剂对甲醛分子的活化。当反应气中引入适量水后,吸附在催化剂表面的水分子很容易在氧空位上离解,形成表面羟基基团。处于金属-载体界面间的表面羟基基团(Ti4+-OH-Pt)具有较强的氧化活性,能够作为活性氧物种直接参与催化氧化过程,从而进一步提高了催化剂的反应活性。