【摘要】：優(yōu)先氧化一氧化碳反應被認為是去除富氫氣體中微量一氧化碳最有效的方法。CuO-CeO_2催化劑由于良好的催化性能與低廉的成本被認為是最有工業(yè)前景的催化劑。而CuO-CeO_2催化劑屬于結(jié)構(gòu)敏感型催化劑,形貌結(jié)構(gòu)的不同會呈現(xiàn)出催化性能的差別。本文通過控制CuO/CeO_2的微觀形貌和錳摻雜,結(jié)合SEM、TEM、XRD、H_2-TPR、XPS和UV-vis等表征手段對催化劑的物理化學性質(zhì)進行分析。具體研究如下:1、通過水熱法和浸漬法制備出一系列不同形貌的Cu O/CeO_2催化劑。不同形貌的CeO_2載體會暴露不同的晶面,并與CuO產(chǎn)生不同的相互作用。利用DFT計算分析得出(111)與(002)晶面交界處會產(chǎn)生最高含量的氧空位。最后通過實驗得出球形CuO/CeO_2催化劑展現(xiàn)出最佳性能。利用XAFS的小波變換更加直觀的看出球形催化劑含有更多的低價態(tài)銅。2、通過一步水熱法合成CuO-MnO_X/CeO_2催化劑,使錳和銅元素進入CeO_2晶格內(nèi)。錳元素的加入可以使球形形貌更加均一穩(wěn)定并改變銅鈰之間的相互作用。但過量加入錳元素卻會使氧空位濃度下降。通過實驗確定最佳錳摻雜比例為銅錳比為2:1。3、通過水熱法和浸漬法合成不同空心層數(shù)的CuO/CeO_2催化劑。空心球的結(jié)構(gòu)能夠增加CuO與CeO_2的接觸面積。三層空心球CuO/CeO_2催化劑具有更大的比表面積,更小的銅鈰顆粒尺寸以及球內(nèi)部與外部更有效的碰撞,進而產(chǎn)生最好的催化性能。
【圖文】：

內(nèi)蒙古大學碩士學位論文單、操作方便、啟動快、比功率高以及工作溫度低等優(yōu)點。所以在中脫穎而出，在近幾年得到了廣泛關(guān)注，認為是電動汽車的首選應用燃料電池由產(chǎn)生離子導電體的電解質(zhì)板、兩側(cè)的陽極（燃料極）和陰以及氣體流路構(gòu)成。圖 1.1 是 PEMFC 簡要的反應裝置圖，H2和 通過氣體流路分別通入陰極和陽極，在交換膜處完成電極反應并產(chǎn)電能。[3]具體發(fā)生的反應為：陽極：H2= 2H++ 2e-（1-1）陰極：2H++ 1/2O2+ 2e-= H2O （1-2）總反應：H2+ 1/2O2= H2O （1-3）

對比鉑系催化劑，Au 催化劑優(yōu)點為低溫段活性高，選擇性好并且環(huán)境濕度有利于反應進行。其催化性能與載體類型、金尺寸以及載體與活性組分間相互作用有密切的聯(lián)系。所以選取合適的制備方法對設(shè)計此類催化劑十分重要，一般的制備方法為共沉淀法、沉積沉淀法、溶膠凝膠法、光化學沉積以及化學氣相沉積法等。Lee 等[19]制備出不同尺寸的 Au 顆粒并用于反應中發(fā)現(xiàn)，當 Au 納米顆粒尺寸在 2.4nm 時存在最佳活性。Qiao 等[20]制備出單原子 Au 負載在 CeO2載體上。如圖 1.2 所示，白圈里面高亮粒子即為單原子 Au，可以看出 Au 成功占據(jù)了 Ce原子的位置并錨定在了載體上。圖 1.3 為此催化劑反應的機理圖，TOF 為單位時間內(nèi)單位活性中心轉(zhuǎn)化次數(shù)。可以發(fā)現(xiàn)，單原子 Au 樣品對 CO 轉(zhuǎn)變成CO2的 TOF值為 2.5s-1，而對 H2轉(zhuǎn)化成 H2O 的 TOF 值為 0.01s-1。即對 CO 氧化具有很強的活性而對 H2氧化幾乎為惰性，故此單原子催化劑會極大的提升催化性能。另外單原子催化劑也很好的促進了貴金屬利用效率，，并節(jié)省了成本，使其為目前研究貴金屬催化劑的一個新熱門。
【學位授予單位】：內(nèi)蒙古大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：O643.36

【參考文獻】

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1 劉潔;王菊香;邢志娜;李偉;;燃料電池研究進展及發(fā)展探析[J];節(jié)能技術(shù);2010年04期

本文編號：2689256