摘要: CO的低温催化氧化反应多年来一直是多相催化反应领域的研究热点，一方面其作为典型的探针反应用于基础研究，另一方面在实际生产中也具有重要应用。CO对环境和人体健康都有危害，为了控制CO的排放，人们对CO低温氧化反应的催化剂进行了研究。其中，贵... 展开 CO的低温催化氧化反应多年来一直是多相催化反应领域的研究热点，一方面其作为典型的探针反应用于基础研究，另一方面在实际生产中也具有重要应用。CO对环境和人体健康都有危害，为了控制CO的排放，人们对CO低温氧化反应的催化剂进行了研究。其中，贵金属催化剂以其独特的低温活性受到研究者们的青睐。近年来，人们通过调控贵金属的粒径、载体的性质等手段，对影响催化剂性能的因素进行了深入的研究，以期进一步提高催化剂的低温活性和稳定性。本论文针对课题组前期水铁矿载体(FeO(OH,H2O)n)热稳定性不足的问题，提出了以热稳定性相对更强的氧化锰(MnO2)作为载体，通过胶体沉淀法负载金属铂纳米粒子，用于CO的低温催化氧化反应。制备出的催化剂具有很好的低温CO氧化活性和较高的热稳定性。具体工作内容如下： 1、比较了不同结构的氧化锰载体负载1wt%铂纳米粒子制备的Pt/x-MnO2催化剂(这里x指代不同晶型的MnO2，x分别为?-，β-，δ-和γ-型)，结果表明锰钾矿型八面体分子筛(孔道内部含有K+的α-MnO2，记为OMS-2)作为铂基催化剂的载体对CO氧化具有很好的低温活性，在室温下就能够实现CO的完全转化。我们对比了Pt/OMS-2和Pt/α-MnO2催化剂在CO反应中的表现，发现孔道中含有K+的OMS-2对CO氧化具有更好的低温活性。同时比较了另外几种结构的MnO2载体(β-，δ-，γ-)制备的催化剂与OMS-2载体的区别，发现OMS-2作为载体比其他结构的载体在活性上更具有优势。另外，通过对比Pt/OMS-2和Pt/Fe2O3催化剂，多次升温循环评价CO氧化反应，结果表明Pt/OMS-2催化剂比Pt/Fe2O3催化剂具有更宽的温度耐受窗口。最后，通过胶体沉积法将金纳米粒子负载到OMS-2和Fe2O3载体上，进行了CO升温循环评价发现即使在金纳米粒子上，OMS-2载体仍然比Fe2O3载体具有更高的活性和热稳定性。通过一系列深入的表征，研究了OMS-2作为载体在铂基催化剂上具有高活性的原因和Pt/OMS-2催化剂在CO氧化反应中的反应机理。结果表明，OMS-2载体因其独特的α-结构和孔道中K+的存在，这两种因素的同时作用，是OMS-2载体具有更好催化性能的一个重要因素。此外，结合原位红外漫反射表征，发现CO在Pt/OMS-2催化剂上的反应机理与反应温度有关，在190℃以下遵循L-H机理，随着温度的升高转变为MvK机理。 2、在上述工作的基础上，我们对活性最好的OMS-2载体进行了进一步的修饰，以提升催化剂在较为严苛的干燥条件下的催化性能。其中一种策略是对OMS-2进行离子掺杂，即将少量的Fe3+，Co2+，Ni2+，Cu2+，Zn2+，Zr4+，Bi3+，La3+，Ce3+及Y3+掺入到OMS-2中；另一种策略是将OMS-2与氢氧化物混合，即在OMS-2合成过程中引入FeOOH，Co(OH)2，Ni(OH)2，Mg(OH)2，La(OH)3及Ce(OH)3。CO活性结果显示，在无水的情况下，Fe3+的掺入和FeOOH的加入能够明显改善催化剂的活性。这是由于第三种物质的掺入能够改变载体的表面性质，导致金属-载体之间的相互作用发生改变，从而催化剂的催化性能也随之变化。 收起