【摘 要】
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负载型Pd催化材料在石油化工、有机合成、工业催化等方面有着广泛研究和应用。传统制备方法存在能耗高和操作复杂等问题。大气压冷等离子体是一种简单、快速、有效的负载型金属催化材料制备新方法,但制备过程中通常需要含氢的工作气体(如H_2、NH_3等)作为还原剂。乙醇是富含氢的可再生资源,获取和储存运输较为方便,近年来乙醇重整制氢成为研究热点。本文采用大气压冷等离子体技术,以醇为氢源制备负载型Pd催化材料,
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负载型Pd催化材料在石油化工、有机合成、工业催化等方面有着广泛研究和应用。传统制备方法存在能耗高和操作复杂等问题。大气压冷等离子体是一种简单、快速、有效的负载型金属催化材料制备新方法,但制备过程中通常需要含氢的工作气体(如H2、NH3等)作为还原剂。乙醇是富含氢的可再生资源,获取和储存运输较为方便,近年来乙醇重整制氢成为研究热点。本文采用大气压冷等离子体技术,以醇为氢源制备负载型Pd催化材料,研究其结构和性能并探究制备机理。首先,通过大气压醇(甲醇、乙醇)冷等离子体还原P25(商品化TiO2)上负载的金属(Au、Pd、Ag、Pt)离子探究其还原可行性。X射线光电子能谱(XPS)、透射电子显微分析(TEM)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis)分析结果表明:大气压醇冷等离子体成功的将金属离子还原。与大气压氢冷等离子体和甲醇冷等离子体相比,大气压乙醇冷等离子体制备的负载型金催化材料中金属态成分略高、金属纳米粒子粒径更小、吸收峰也略高。其次,以大气压乙醇冷等离子体方法制备了Pd/P25-EP-C催化材料,并与大气压氢冷等离子体制备的Pd/P25-HP对比。结果表明Pd/P25-EP-C比Pd/P25-HP活性更高、Pd纳米粒子粒径(约1.6 nm)更小、分散性更好。Pd/P25-EP-C在110℃和120℃的转化频率,分别是Pd/P25-HP的3.6和3.1倍。再次,我们以活性炭作为载体,采用大气压乙醇冷等离子体技术制备Pd/C催化材料,重点探究了制备条件对其结构和性能的影响。结果表明制备的最佳条件为:放电电压36 kV、放电时间10 min、焙烧温度550℃。制得催化材料Pd/C-EP-Ar550的T100为140℃,与大气压氢冷等离子体制备的Pd/C-HP-Ar550的T100相近。乙醇在等离子体放电过程中除了产生活性氢物种还原金属离子外,还会产生激发态的CO还原金属离子。此外,醇分解生成的碳保护层可有效的保护金属Pd纳米粒子,使其与载体接触的更牢固,催化性能更稳定。大气压乙醇冷等离子体在制备过程避免使用易爆的氢气作为氢源,是一种安全有效的制备负载型金属催化材料的新方法,在制备负载型金属催化材料领域具有重要的理论研究意义和实际应用前景。
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