水汽變換反應(yīng)(WGS,CO + H_2O = CO_2 + H_2,△H_298K=-41.4kJ/mol)能夠有效的使等量的CO與H_2O反應(yīng),轉(zhuǎn)變成CO_2和H_2,因此WGS反應(yīng)在制氫工業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。隨著能源和環(huán)境問(wèn)題愈發(fā)突出,質(zhì)子交換膜燃料電池廣受各國(guó)關(guān)注,低溫WGS反應(yīng)又有了新的應(yīng)用前景——其可以出去重整法制得的燃料H_2中的微量CO,防止燃料電池中的Pt電極中毒。從熱力學(xué)角度分析,WGS反應(yīng)是一個(gè)放熱反應(yīng),熱力學(xué)平衡在高溫會(huì)限制反應(yīng)正向進(jìn)行,不利于提高CO的轉(zhuǎn)化率,消除CO;但低溫時(shí)動(dòng)力學(xué)會(huì)制約反應(yīng)活性,導(dǎo)致反應(yīng)速率較低。結(jié)合該反應(yīng)高低溫的狀況,提高催化劑低溫WGS活性是解決問(wèn)題的關(guān)鍵。本論文采用程序升溫反應(yīng)法制備了層狀氮化鉬(γ-Mo2N),并選用合適的負(fù)載方法制備了一系列貴金屬Pt基氮化鉬催化劑,主要研究?jī)?nèi)容和實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下:一、氮化鉬材料的制備和性能研究利用水熱法(hydrothermal method)成功合成了不同的氧化鉬前驅(qū)體(MoO_2和MoO3),并使用程序升溫氮化法制備并篩選出具有單一物相的γ-Mo2N納米催化劑。采用多種表征手段對(duì)Mo2N樣品進(jìn)行了結(jié)構(gòu)表征,結(jié)果表明相比于MoO_2,MoO3前驅(qū)體更易得到單一物相的γ-Mo2N,且制備的γ-Mo2N樣品具有更穩(wěn)定的二維層狀結(jié)構(gòu)和更高的比表面積。二、γ-Mo2N負(fù)Pt催化劑的制備與WGS反應(yīng)性能研究我們采用了傳統(tǒng)過(guò)量浸漬法(IMP)、沉積沉淀法(DP)和乙二醇還原法(EG)制備了不同載量的負(fù)載型鉑基催化劑(Pt-Mo2N)。通過(guò)對(duì)催化劑的WGS性能優(yōu)化和評(píng)價(jià),發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)IMP和DP法制備的樣品活性較差,而EG法制備的催化劑經(jīng)優(yōu)化后具有非常優(yōu)異的WGS反應(yīng)活性和穩(wěn)定性。使用多種表征手段對(duì)催化劑進(jìn)行表征和研究后發(fā)現(xiàn),催化劑具有特殊的Pt-MoOx-Mo2N表面微觀結(jié)構(gòu);其催化水汽變換反應(yīng)的活性位點(diǎn)為金屬態(tài)Pt團(tuán)簇。三、Pt-Mo2N催化劑的WGS反應(yīng)機(jī)理研究對(duì)上述最佳催化劑進(jìn)行質(zhì)譜表征和動(dòng)力學(xué)測(cè)試,獲得了其CO-TPR、CO-TPD、TPSR、水解離和反應(yīng)級(jí)數(shù)等相關(guān)數(shù)據(jù)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明,Pt-Mo2N催化劑在WGS反應(yīng)中遵循羥基機(jī)理,同時(shí)H_20的吸附解離是整個(gè)反應(yīng)的速控步驟。結(jié)合理論計(jì)算更好地闡明催化劑參與反應(yīng)的過(guò)程:Mo2N襯底上的MoOx層能有效活化H_2O分子,同時(shí)Pt團(tuán)簇能夠高效的吸附CO,從而使催化劑具有更好的WGS反應(yīng)催化活性。
【學(xué)位單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：O643.36;TQ116.2
【部分圖文】：

一合成氣生產(chǎn)和水汽變換反應(yīng)器用于產(chǎn)氫及合成氨反應(yīng)[3]

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【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 王高偉;碳化鉬基催化劑上低溫水煤氣變換反應(yīng)的研究[D];天津大學(xué);2013年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 郭麗雯;負(fù)載型二氧化鈰納米金催化劑的制備及性能研究[D];山東大學(xué);2016年

本文編號(hào)：2814627