固体催化剂论文

华东理工大学2014—2015学年第一学期《固体催化剂实用研究方法》课程论文2014.12班级_化工126_学号__10120517__姓名__王文璞____开课学院___化工学院____任课教师____李平___成绩__________论文题目：（限定性自拟）一氧化碳低温催化过程中不同负载金催化剂的表征论文要求：1.根据本课程所学内容，拟定论文题目，列出3个关键词，写成一篇综述性小论文。摘要字数限定为100~200字（包括标点符号），正文字数限定为3000200字（包括标点符号），并列出不少于10篇的参考文献。2.评分标准（满分50分）（1）论文题目是否简洁、论文内容是否切题？5分（2）全文组织是否合理、有层次？5分（3）论文叙述是否清晰、通顺？5分（4）论文字数是否符合限定？格式是否符合要求？5分（5）论文内容与课程内容是否相关？10分（6）论文内容是否充实、具有逻辑性？20分若撰写的论文内容与其他学生或媒体公开内容重复率超过30%，则不得分。教师评语：教师签字：年月日摘要介绍了从金催化剂的出现到目前为止的发展现状以及前景展望，着重叙述了负载型金催化剂的沉积-沉淀法制备。并论述了可以低温催化氧化一氧化碳的几种负载型金催化剂，以及他们的表征方法：表面结构分析，XRD分析，XPS谱图分析，高分辨率TEM和催化剂活性及稳定性分析。AbstractIntroducethegoldcatalystfromtheverybeginningofitappearedtonowadays’situationandtheforecastaswell.Emphasizethespecialpreparationmethodcalleddepositionprecipitationofsupportedgoldcatalyst.Thentheircharacterizationmethodsarelistedbyexamples,theyareanalysisofsurfaceconstruction,XRDanalysis,XPSanalysis,highresolutionratioTEManalysisandactivityandstabilityofcatalystanalysis.关键词：负载型金催化剂，表征，应用，分析，图谱在很长时间内．金元素因具有高度稳定性而都被认为是化学惰性的。自1989年发现负载在过渡金属氧化物上的金催化剂对CO低温氧化表现出很高的催化活性之后，金催化剂引起了人们的极大兴趣与关注。由于黄金的价格远远低于铂和钯的价格，而且其价格比较稳定，因此开发和研究金催化剂具有明显的经济优势。金催化剂的催化活性与其颗粒粒径大小密切相关，在小于10nm才表现出高的催化活性。金在化学元素周期表中排第79位，与铜、银是同族元素。由于金的外层d轨道电子是全充满的，并且第一电离能很大，很难失去电子，因此金的化学性质十分稳定，与大多数化学元素都不起反应，在空气中长期暴露也不会改变颜色或减弱其光泽而一直用于装饰、首饰等方面。1负载型金催化剂的制备与应用现状简介1.1负载型金催化剂的制备方法金催化剂的制备方法很多，主要有：浸渍法、共沉淀法、沉积-沉淀法、共镀法、化学蒸气沉积法、有机金配合物固载法、脉冲激光沉积法、溶胶-凝胶法、无定形金属合金法、阳离子交换法、溶剂化金属原子浸渍法。在所有这些方法中，较常使用的方法是沉积-沉淀法，其次是共沉淀法和化学蒸气沉积法。对于其他方法，比如有机金配合物固载法，只能用于以新制备的氢氧化物沉淀作为载体的情形；共镀法只适合制成薄膜；阳离子交换法是采用沸石作为载体；而脉冲激光沉积法，仅在制备具有单一尺寸金微粒的模型催化剂时采用，它对于从理论上研究纳米尺寸的金微粒很有意义。沉积沉淀法首先是将氧化物载体置于氯金酸溶液制成悬浮液，在充分搅拌的条件下，加入沉淀剂，控制一定的温度和pH值，使氯金酸前身化合物以氢氧化金的形式在载体氧化物表面沉积。含有氢氧化盒沉淀的样品，经沈涤、过滤、焙烧，即可得到所需的催化剂。对于制备高活性的纳米金催化剂，该方法是广泛使用、比较有效的方法之一。其关键之处就是控制合适的pH值，从而可以得到活性组分均匀分散的、粒子较小的、高活性的纳米金催化剂。最适载体有Ti02，Ce02，Zr02，Fe203，A1203。另外，要求载体具有尽可能大的比表面积，最好要大于50m2/g。较有效的载体有Mg(OH)2，A1203，Ti02等。该方法最大的优点是，可以将金负载在任何形状的载体上，比如粉末状、粒子状、蜂窝状、片状等等，而金粒子通常位于载体表面，因而可以最大限度的发挥纳米金粒子的催化作用。1.2负载型金催化剂在各个领域的应用简介负载型金催化剂在环保催化方面的应用：CO的低（常）温催化氧化过程；NO的选择性部分氧化和还原反应；挥发性有机化合物的氧化，如：醇类及其衍生物的催化燃烧，含氯有机化合物的消除以及臭氧的分解。负载型金催化剂在化工中的应用：低温水气变换反应，甲醇部分氧化制氢气，苯乙烯环氧化和葡萄糖的选择性氧化。2负载型金催化剂的低温催化氧化CO的性能表征本文选取了4中典型的低温催化氧化CO的负载型金催化剂为例，分别利用不同的表征方法对他们进行研究。对催化剂性能表征的方法主要有如下几种：表面结构分析，XRD分析，XPS谱图分析，高分辨率TEM和催化剂活性及稳定性分析。2.1Au/Ce1-xZrxO2催化剂的表征及催化性能铈锆复合氧化物具有良好的贮氧能力和较高的热稳定性，是一类性能优良的催化材料。用共沉淀法制备了一系列不同锆铈摩尔比的Ce1-xZrxO2(x=0，0.1，0.3，0.5，0.7，0.9和1.0)，并以此为载体制备了负载型纳米金催化剂，考察了锆的加入对Au/Ce1-xZrxO2催化剂的结构、CO氧化和水煤气变换反应活性的影响。2.1.1载体及催化剂的表面结构分析通过对比Ce1-xZrxO2载体及其负载金催化剂的比表面积、孔容和平均孔径．可以看出，各载体的比表面积均不大，平均孔径为也属中孔范围。铈锆复合氧化物的比表面积增大，平均孔径减小，孔分布更加集中与载体相比，不同载体负载金催化剂的比表面积均有所下降；而孔容和平均孔径的变化不明显，这表明金在载体表面高度分散，具有更多的孔结构和吸附位．这就使得更有利于CO的吸附与活化，使其具有良好的催化性能。2.1.2Au/Ce1-xZrxO2的催化性能2.1.2.1CO的反应活性随着反应温度的升高，CO转化率提高．各样品均具有良好的C0氧化活性，CO最低全转化温度均小于313K。其中Au/ZrO2的催化剂的活性最高（T100=274），而Au/CeO2对CO氧化反应的活性较差，直到313K以上CO才完全转化。在单独研究Zr方面，少量Zr的加入明显增强了催化剂的活性．但当z=0.9时，催化剂的活性明显降低。2.2.2.2水煤气变换反应活性随着反应温度的升高，CO转化率均显著提高．各催化剂均具有良好的水煤气变换反应活性，如Au/ZrO2催化剂在523K时对CO的转化率达到70％，表明对于水煤气变换反应，Zr02是非常有效的金基催化剂的载体，而在更高的反应温度如623K时，Au/Ce0.5Zr0.5O2和Au/Ce0.9Zr0.1O2对CO的转化率可达80％。明显高于Au/ZrO2和Au/CeO2。2.2LaFe03修饰Au／A1203催化剂的表征——利用XRD谱图法La和Fe复合氧化物的XRD峰出现在32.2℃，57.3℃，46.1℃和39.6℃，当LaFeO3，含量达到30％时，几乎所有LaFe03特征峰均可检测到，但是随着其含量的减少，LaFeO3，特征峰强度降低，在2％FLA的XRD谱上很难观察到LaFe03特征峰．这表明LaFe03在A12O3表面以LaFe03钙钛矿形式存在；但由于La，Fe含量低，其氧化物很可能未能在Al2O3，表面达到单层分散，并且晶粒太小，因此在2％FLA中检测不到LaFe03特征衍射峰．此外，随着LaFe03含量的增加，A1203的特征衍射峰(67.3℃，37.3℃和45.7℃)变弱。2.3SnO2负载Au和M-Au(M=Pt,Pd)催化剂的表征——利用TEM图法由下图可知，Au和SnO2都具有很好的结晶度,Au/SnO2-DP的Au颗粒较小,粒径大约在2-5nm,并且较均匀地分布在SnO2表面.对于Au/SnO2-IM,分别取其三个不同的区域进一步放大分析,得HRTEM高分辨图，结果显示,Au/SnO2-IM的Au颗粒较大,粒径约在5-13nm,分布不均匀,其Au颗粒大小远大于Au/SnO2-DP中Au颗粒,这与XRD结果一致（此处略）。.2.4KOH改性的Ti02结构负载金催化剂表征——利用XPS谱图法当金负载在未用KOH处理的TiO2：载体上时结合能为83.4eV，表明金以零价态存在，当金分别负载到6moL/L和12moL/L载体上时，Au的结合能分别位移到83.2eV和83.1eV，这是由于K的给电子作用而导致Au的结合能降低。XPS谱也表明，不含KOH的样品中Ti2p3/2结合能为458.7eV，对应Ti4+氧化态；KOH处理后，此结合能位移到458.3eV，表明由于K的给电子作用使Ti4+氧化态部分被还原而呈较低氧化态.参考文献[1]刘东亮,刘道胜,张晓彤等.CO低温氧化负载金催化剂研究进展[J].化工进展，2007，26(8)：1110-1115.[2]刘瑞辉，张存满，马建新.CO低温氧化纳米金催化剂研究进展[J].天然气化工，2009，34；72-78.[3]李扬，廖卫平，索掌怀.KOH改性对TiO2结构及其负载金催化剂CO氧化反应活性的影响[J].燃料化学学报，2011，29（1）：47-53.[4]陈宗杰，陈先明.负载型金催化剂催化CO氧化的性能研究[J].天然气化工，2011，36（1）：23-24.[5]王东辉，郝郑平，程代云，史喜成.金催化剂的研究进展及在环保催化中的应用[J].自然科学进展，2002，12（8）：794-799.[6]侯凯军，孟明，邹志强.金催化剂及其在化工中的应用研究进展[J].化学工业与工程，2006，26（1）：66-71.[7]马宇春，石峰，邓朋全.金催化剂及其在有机反应中的应用研究进展[J].化学进展，2003，15（5）：385-392.[8]华金铭，郑起，林性贻，魏可镁.水煤气变换催化剂研究新进展[J].分子催化，2004，18（1）：68.80[9]梁飞雪，朱华青，秦张峰，王国富，王建国.一氧化碳低温催化氧化[J].化学进展，2008，20（10）：1453-1464.[10]廖卫平,董园园,金明善,何涛,索掌怀.Au/Ce1-xZrxO2催化剂的制备、表征及其在CO氧化和水煤气变换反应中的催化性能[J].催化学报，2008，29（2）：134-140.