不同形貌CeO2的制備及其在乙醇水蒸氣重整反應(yīng)中的應(yīng)用.pdf

1、氫能以其潔凈、高效的特點(diǎn)成為最具潛力的二次能源之一,并廣泛應(yīng)用于燃料電池技術(shù)中。乙醇水蒸氣重整制氫反應(yīng)(SRE)具有反應(yīng)溫度相對(duì)較低及產(chǎn)氫效率高等優(yōu)勢(shì)而備受關(guān)注。在SRE反應(yīng)中,鈷系催化劑具有較高的乙醇轉(zhuǎn)化率和H2選擇性,但該類催化劑存在的主要問(wèn)題是積碳及金屬Co粒子燒結(jié)導(dǎo)致的失活。CeO2的形貌影響其儲(chǔ)釋氧能力,可調(diào)變與活性組分產(chǎn)生相互作用,達(dá)到提高催化劑穩(wěn)定性的效果。本文以Co/CeO2為研究對(duì)象,從載體設(shè)計(jì)的角度入手,采用液相沉淀

2、法、硬模板法及水熱合成法分別制備出納米顆粒形、介孔型及不同形貌的CeO2載體,探討載體 CeO2的晶型結(jié)構(gòu)與形貌對(duì)乙醇重整制氫催化性能的影響,試圖通過(guò)提高載體儲(chǔ)釋氧能力來(lái)調(diào)變載體―活性組分相互作用,達(dá)到改善催化劑的抗積碳能力的目的。
　　利用液相沉淀法制備納米顆粒形CeO2,考察了表面活性劑CTAB的添加對(duì)載體形貌和乙醇重整制氫反應(yīng)性能的影響。TEM、BET及TPR結(jié)果顯示,添加CTAB的載體CeO2顆粒生長(zhǎng)完整、尺寸均一、比表面

3、積大且儲(chǔ)釋氧能力較好,鈷鈰間的相互作用表現(xiàn)為載體表面的Ce-O-Co鍵,CeO2-A較多的氧空位及Co/CeO2-A較大的比表面積提高了反應(yīng)的催化性能及抗積碳能力。
　　以 SBA-15及CMK-3(自制)為模板劑,采用硬模版法制備介孔CeO2,考察了不同模板劑對(duì)載體結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及SRE反應(yīng)性能的影響。表征結(jié)果顯示,載體Ce-CMK-3具有較大的比表面積,孔道結(jié)構(gòu)在短程上呈現(xiàn)有序性,孔徑主要分布在3nm,且暴露較高能的(110)晶面

4、,具有較好的儲(chǔ)釋氧能力;Co進(jìn)入Ce-CMK-3晶格使鈷鈰間相互作用增強(qiáng),氧化鈷容易還原。與傳統(tǒng)的納米顆粒形催化劑相比,載體短程有序的孔結(jié)構(gòu)增強(qiáng)了鈷鈰間相互作用,使催化劑具有較好的活性及產(chǎn)物選擇性,此外,其抗積碳能力較優(yōu)。
　　利用水熱法制備了形貌、尺寸各異的CeO2載體,考察了載體形貌(花狀微球形、多面體形、棱柱形、梭形、花束形、米粒形及紡錘形)對(duì)SRE反應(yīng)性能的影響。結(jié)合表征結(jié)果可知花狀微球形CeO2獨(dú)特的三維開(kāi)放式孔結(jié)構(gòu)暴露

5、高能的(100)和(110)晶面,具有最好的儲(chǔ)釋氧能力,鈷鈰間較強(qiáng)的相互作用促進(jìn)了催化劑活性組分的還原,提高了反應(yīng)的催化活性和抗積碳能力。以花狀微球形CeO2為載體制備的Co/CeO2催化劑在整個(gè)SRE反應(yīng)中的H2選擇性不低于68％,這說(shuō)明主要暴露高能的(100)和(110)晶面優(yōu)化了產(chǎn)物分布。
　　載體形貌、催化劑結(jié)構(gòu)和反應(yīng)性能的關(guān)聯(lián)結(jié)果表明:不同形貌和結(jié)構(gòu)的CeO2顯示出不同晶面及儲(chǔ)釋氧能力,表現(xiàn)為鈷鈰間的相互作用也不同,從而