Pt基催化劑上CO催化氧化反應(yīng)動力學(xué)的研究.pdf

1、CO氧化是催化領(lǐng)域中一個重要議題，在理論與實際應(yīng)用中都具有重要地位。在催化基礎(chǔ)研究中，該反應(yīng)被廣泛用于研究催化劑結(jié)構(gòu)敏感性、反應(yīng)活性相/活性位本質(zhì)以及催化反應(yīng)機理等一系列重要學(xué)術(shù)問題。目前，研究常用的催化劑分為貴金屬和非貴金屬兩大類。貴金屬具有高活性、高穩(wěn)定性和使用壽命長等優(yōu)點廣泛應(yīng)用于CO催化氧化反應(yīng)。在本文中，我們制備了一系列Pt基催化劑用于CO氧化反應(yīng)活性研究。通過XRD、CO化學(xué)吸附、TEM、H2-TPR、Raman、XPS以及

2、原位FTIR等表征方法對催化劑中Pt物種顆粒的物理化學(xué)性質(zhì)和催化劑結(jié)構(gòu)等進(jìn)行系統(tǒng)表征;結(jié)合表征結(jié)果和反應(yīng)數(shù)據(jù)闡述Pt顆粒尺寸對CO反應(yīng)活性的影響。同時開展反應(yīng)動力學(xué)的研究，探討Pt基催化劑上CO氧化的反應(yīng)路徑、反應(yīng)機理以及催化劑中金屬與載體之間相互作用對反應(yīng)的影響。
　　本論文主要內(nèi)容如下:
　　1.一系列不同Pt含量的Pt/CeO2催化劑采用等體積浸漬法制備并用于CO氧化反應(yīng)測試。動力學(xué)研究結(jié)果表明反應(yīng)速率均不依賴于CO和

3、O2分壓(r=kapp[CO]0[O2]0)。根據(jù)反應(yīng)速率方程推導(dǎo)出的基元步驟包括CO在Pt原子表面吸附并與CeO2載體提供的晶格氧在Pt-CeO2界面發(fā)生反應(yīng)。該反應(yīng)模型表明在這些催化劑上反應(yīng)遵循Mars van-Krevelen模型。此外，實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)基于Pt分散度和界面Pt原子計算得到的轉(zhuǎn)換頻率(TOFs)與Pt顆粒尺寸成正比，即大顆粒Pt比小顆粒擁有更高的TOF。這一趨勢是因為通過Pt-Ce-O固溶體形成而產(chǎn)生的氧空位的重要作用

4、，能夠促進(jìn)晶格氧的轉(zhuǎn)移進(jìn)而提高催化活性。
　　2.一系列鉀改性的Pt/Al2O3催化劑用于CO氧化反應(yīng)測試，結(jié)果發(fā)現(xiàn)K的加入顯著增加了反應(yīng)活性。詳細(xì)的動力學(xué)研究揭露了含鉀的催化劑比不含鉀的催化劑擁有更低的活化能，特別是Pt含量較高的催化劑。反應(yīng)速率方程表明，對含鉀的催化劑相比于不含鉀的催化劑具有更高的CO的反應(yīng)級數(shù)(-0.2)，原因在于前者比后者有更低的CO吸附平衡常數(shù)。原位傅里葉紅外光譜結(jié)果顯示相較于2.0Pt/Al2O3催化劑