论文部分内容阅读
纳米金是一种在环境保护、燃料电池和石油化工等领域中具有广泛应用前景的催化剂。其中,金催化剂上室温氧化脱除空气污染物CO反应,具有重要的环境应用。由于在该反应中,湿度是影响金催化剂性能的一个关键因素,因此本论文首先研究了该反应中湿度的影响,并阐明了湿度影响机理。然后,研究了O2等离子体处理对金催化剂反应性能的影响及其机理。另外,富乙烯气氛中乙炔选择加氢是石油化工领域的一个重要反应,本论文考察了H2等离子体处理对金基催化剂上乙炔选择加氢反应性能的影响。主要研究结果如下：1.采用以尿素为沉淀剂的沉积沉淀法(DPU)制备Au/CeO2和Au/TiO2催化剂,考察了湿度对室温氧化脱除空气污染物CO反应中诱导期、初活性和失活速率的影响,并通过XPS、TEM/HRTEM、FTIR和H2-TPR等技术对反应前后催化剂的物理化学性质进行了分析。结果表明：Au/CeO2催化剂存在诱导和失活两个阶段。与干气相比,加入0.58%的水时,Au/CeO2的诱导期大大缩短；随着水含量进一步增加,其诱导期缓慢缩短。当水含量为0.74%时,Au/CeO2具有最高的初活性。原位漫反射红外光谱研究表明,H2O促进了中间物种[COOH]S的形成与消耗,因此Au/CeO2的初活性增加。在湿气中,Au/CeO2存在快速失活和慢速失活两个阶段；而在干气中,只存在慢速失活。Au/CeO2的诱导期是由氧化态金引起的,同时提出了Au/CeO2在干气和湿气中诱导期形成的机理。对于Au/TiO2,不论在干气还是湿气中,都没有观察到其明显的诱导期；在所测湿度范围内,其初活性随着水含量的增加而线性下降。2.开展了大气压介质阻挡放电O2等离子体处理Au/TiO2催化剂的研究,考察了等离子体处理对以不同沉淀剂制备的Au/TiO2催化CO氧化活性的影响,并结合TEM/HRTEM、XPS、FTIR、紫外可见漫反射和低温CO脉冲化学吸附等表征手段深入探讨了其影响机制。结果表明：对于DPU法制备的Au/TiO2催化剂,经O2等离子体处理后表现了较低的催化活性,这归因于O2等离子体处理过程产生的[NOy]s物种占据了反应活性位；进而将其于惰性气氛进行热处理以清除[NOy]s物种,则表现出比单纯焙烧样品更优异的催化性能。而对以碳酸钠为沉淀剂的沉积沉淀法制备的Au/TiO2来说,O2等离子体处理可一步(无需后续的热处理)制备出高活性的Au/TiO2。与焙烧样品相比,经O2等离子体处理的Au/TiO2催化剂具有较高的活性,这归因于其具有较小的金颗粒尺寸、较高的金属分散度、较多的配位不饱和的Au0和表面羟基。3.采用以氨水为沉淀剂的沉积沉淀法制备Au/TiO2,然后将少量的Pd通过等体积浸渍法负载在Au/TiO2上制得Pd/Au/TiO2催化剂,其中Au/Pd的原子比约为14。采用低气压射频放电H2等离子体对Pd/Au/TiO2催化剂进行处理,研究了等离子体处理对Pd/Au/TiO2上乙炔选择加氢反应性能的影响,并通过XPS、CO-FTIR、H2脉冲化学吸附和TGA/DTG等表征手段对等离子体处理的催化剂进行了表征。结果表明：与热还原相比,H2等离子体处理大大提高了Pd/Au/TiO2的乙炔转化率,但是却降低了其乙烯选择性。对等离子体处理后的Pd/Au/TiO2进行进一步热还原,随着还原温度的升高,其乙炔转化率降低,而乙烯选择性升高。H2等离子体处理有利于Pd的表面富集和Pd二聚体的形成,这是其乙炔转化率高而乙烯选择性低的原因。