碳（氮）化鉬基催化劑在逆水汽變換反應(yīng)中的催化性能研究.pdf

1、近年來，將CO2作為碳源進(jìn)行有效利用成為環(huán)境和能源領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，其優(yōu)點(diǎn)在于這種碳源含量豐富和經(jīng)濟(jì)安全，同時(shí)也緩解日益嚴(yán)重的氣候變暖和海水酸化問題。逆水汽變換（RWGS）反應(yīng)是有效利用CO2的重要反應(yīng)之一，生成的CO可以直接用作燃料，也可以作為合成氣繼續(xù)催化轉(zhuǎn)化制備其它化工產(chǎn)品?；谝陨铣霭l(fā)點(diǎn)，研究開發(fā)一種兼具高活性和高的CO選擇性，并且有良好穩(wěn)定性的高效催化劑變得尤為重要。
　　本論文采用程序升溫碳化和氮化的方法，分別制備碳化鉬

2、和氮化鉬催化劑，采用等體積浸漬的方法對(duì)氮化鉬進(jìn)行金屬改性，對(duì)催化劑的逆水汽變換反應(yīng)催化性能和穩(wěn)定性進(jìn)行考察，另外，將冷等離子體技術(shù)與催化作用相耦合，考察了放電條件下碳化鉬催化劑的RWGS反應(yīng)性能，并采用XRD、CO2-TPD、H2-TPR等手段對(duì)以上催化劑的物理化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行表征，將催化劑的催化性能與表征相關(guān)聯(lián)，對(duì)催化反應(yīng)過程的反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行探究，得到如下研究結(jié)果:
　?。?）碳化鉬在RWGS反應(yīng)中表現(xiàn)出非常高的催化性能，具有面心立方

3、結(jié)構(gòu)（fcc）的α-MoC1-x的活性要明顯高于六方密堆積結(jié)構(gòu)（hcp）的β-Mo2C，并且高于已報(bào)道的其它貴金屬催化劑。結(jié)合CO2-TPD、H2-TPR等手段對(duì)α-MoC1-x和β-Mo2C催化劑進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果發(fā)現(xiàn)α-MoC1-x催化劑具有非常強(qiáng)的解離CO2和活化H2的能力，是其具有優(yōu)異RWGS反應(yīng)性能的微觀原因。對(duì)碳化鉬催化劑上RWGS反應(yīng)中的機(jī)理進(jìn)行考察發(fā)現(xiàn)，其遵循氧化還原反應(yīng)機(jī)理。
　　（2）具有面心立方結(jié)構(gòu)（fcc）的氮

4、化鉬（Mo2N）也有較高的RWGS反應(yīng)活性，對(duì)CO的選擇性接近100%。加入Pt改性之后，催化劑的催化活性得到顯著提高。并且Pt/Mo2N催化劑在RWGS反應(yīng)中的反應(yīng)速率優(yōu)于目前的文獻(xiàn)報(bào)道的結(jié)果。對(duì)Pt的促進(jìn)作用進(jìn)行考察，結(jié)合CO2-TPD、H2-TPR等手段測(cè)試發(fā)現(xiàn)，Mo2N本身具有非常好的CO2解離能力，但對(duì)H2還原CO2解離表面氧的過程速率相對(duì)較慢，即后者為速控步驟。而Pt的加入顯著促進(jìn)了H2還原CO2解離的表面氧，從而使催化活性

5、得到提高。對(duì)逆水汽變換反應(yīng)在Mo2N和Pt/Mo2N催化劑上的反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行考察，發(fā)現(xiàn)在Mo2N上，反應(yīng)路徑符合氧化還原機(jī)理，即二氧化碳先解離生成一氧化碳和氧物種，氧物種被解離的氫氣還原生成水；而Pt/Mo2N催化劑上既有氧化還原機(jī)理，也有中間體機(jī)理，即吸附的二氧化碳和氫氣先反應(yīng)生成甲酸鹽，進(jìn)而分解生成一氧化碳和水的過程，是其優(yōu)異RWGS反應(yīng)性能的微觀機(jī)制。
　?。?）引入等離子體放電技術(shù)，考察在DBD放電條件下，碳化鉬及銅改性碳化