本文關鍵詞：碳納米管負載Pt-Fe和Cu-Ce催化劑的富氫氣氛下CO催化消除反應研究

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【摘要】：直接以氫氣作為燃料的質子交換膜燃料電池由于其操作溫度低(80-120℃)、能量轉換率效率高和無環(huán)境污染等而受到廣泛的關注。質子交換膜燃料電池燃料的主要來源是對碳氫化合物進行處理,主要有重整和水汽變換,獲得的氫氣中還含有少量的CO。CO會使得燃料電池鉑電極中毒從而失活,所以必須設法將一氧化碳的濃度降低到10-100 ppm以下。富氫氣氛下的一氧化碳催化優(yōu)先氧化是去除H2中少量CO最為有效的化學方法之一。常用于CO優(yōu)先氧化的催化劑體系包括負載型的貴金屬催化劑、Au的催化劑和金屬氧化物的催化劑體系。在這些催化劑體系中,貴金屬的鉑基催化劑被認為是用于CO優(yōu)先氧化反應的最有前景的催化劑之一,但其低溫的催化活性會由于CO的吸附而嚴重失活,為此研究人員作出了很大的努力以提高其催化活性,包括摻雜其他金屬、使用不同的載體等。相比于貴金屬的催化劑體系,Cu-Ce復合氧化物由于其價格便宜和比較高的選擇性也引起了很大的關注。本文運用的是超聲輔助的浸漬法,以功能化的多壁碳納米管為載體制備Pt-Fe和Cu-Ce雙金屬/氧化物復合催化劑。在通過一系列測試技術表征催化劑后,我們采用CO優(yōu)先氧化反應裝置來測試催化劑的活性及其選擇性,同時依據(jù)結構的表征數(shù)據(jù)與催化劑的性能進行關聯(lián)。對于Pt-Fe(r)/CNTs體系,催化劑的結構性質表明Pt-Fe物種主要以金屬相鉑、部分以Pt-Fe合金或者固溶體的形式高分散于多壁碳納米管的表面。同時鉑鐵物種與碳納米管之間也存在強烈的相互作用,相較于其他載體,碳納米管負載的Pt-Fe/CNTs催化劑表現(xiàn)出了更加優(yōu)越的催化活性。當Pt/Fe=4/0.8時活性最佳,在很高的原料氣空速120,000 ml h-1g-1條件下,能夠在40-200℃溫度范圍內實現(xiàn)CO的完全消除并且有較好的CO2選擇性。對于CuO-CeO2/CNTs催化劑體系,我們對該催化劑的載體性質影響和制備方式進行了探究,分別運用酸處理后未經(jīng)焙燒和800℃焙燒的碳納米管作為載體,并采用不同的浸漬方法制備了系列催化劑,并考察了它們的催化活性。結果表明：采用酸處理后未經(jīng)焙燒的碳納米管作為載體并采用共同浸漬法制備的CuO-CeO2/CNTs催化劑具有最佳的CO優(yōu)先氧化反應活性,可歸結為碳納米管表面基團和共同浸漬法可促進形成更多的活性Cu-Ce氧化物界面。
【關鍵詞】：鉑 鐵 氧化銅 二氧化鈰 碳納米管 CO優(yōu)先氧化
【學位授予單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：O643.36
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-32
• 1.1 研究背景10-13
• 1.1.1 氫能及質子交換膜燃料電池10-12
• 1.1.2 除去富氧氣體中CO的主要方法12-13
• 1.2 富氫氣氛中CO優(yōu)先氧化13-15
• 1.2.1 富氫氣氛中CO的優(yōu)先氧化的特點13
• 1.2.2 CO-PROX反應機理13-15
• 1.3 CO優(yōu)先氧化催化劑的研究15-19
• 1.3.1 非貴金屬催化劑15-16
• 1.3.2 Au基催化劑16-17
• 1.3.3 Pt基催化劑17-19
• 1.4 催化劑常用的性能評價方法19-20
• 1.5 碳納米管催化材料20-22
• 1.5.1 碳納米管大事記20-21
• 1.5.2 碳納米管的特性21
• 1.5.3 碳納米管的改性21-22
• 1.5.4 在多相催化中碳納米管的應用22
• 1.6 本論文的研究思路22-25
• 1.6.1 研究目的22-23
• 1.6.2 各催化體系的研究內容23-25
• 參考文獻25-32
• 第二章 化學試劑和實驗表征32-36
• 2.1 主要化學試劑32
• 2.2 實驗室常用小型儀器32-33
• 2.3 表征方法33-34
• 2.3.1 X射線衍射33
• 2.3.2 透射/高分辨透射電子顯微鏡33
• 2.3.3 拉曼儀(Raman)33
• 2.3.4 熱重分析儀33-34
• 2.3.5 電感禍合等離子體發(fā)射光譜34
• 2.3.6 H_2程序升溫還原34
• 2.4 催化反應活性測試34-36
• 第三章 多壁碳納米管負載的Pt-Fe催化劑在富氫氣氛中CO優(yōu)先氧化反應的研究36-56
• 3.1 引言36-37
• 3.2 實驗部分37-39
• 3.2.1 催化劑的制備37-38
• 3.2.2 實驗表征38
• 3.2.3 催化活性測試38-39
• 3.3 結果與討論39-50
• 3.3.1 催化劑的結構表征39-44
• 3.3.2 CO-PROX反應的催化性能44-50
• 3.4 小結50-51
• 參考文獻51-56
• 第四章 在富氫氣氛下碳納米管負載Cu-Ce氧化物的CO催化消除56-70
• 4.1 引言56-57
• 4.2 實驗部分57-58
• 4.2.1 催化劑制備57
• 4.2.2 催化劑結構表征57
• 4.2.3 催化活性測試57-58
• 4.3 結果與討論58-60
• 4.4 CO-PROX反應性能60-64
• 4.5 本章小結64-65
• 參考文獻65-70
• 第五章 總結70-71
• 致謝71-72
• 在讀期間發(fā)表的學術論文72

【參考文獻】

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本文編號：733100