CuMnOx、VMnOx微纳米结构的制备及催化CO氧化性能研究
CO催化氧化是一个在室内空气净化、气体传感器、CO2激光器、汽车尾气处理等方面有着广泛应用的重要反应。尽管人们一直致力于CO催化氧化的贵金属催化剂如:Au/TiO2、Au/ZrO2、Pt/SnO2等的研究、但探索活性高、稳定性好、成本低的非贵过渡金属氧化物催化剂仍具有重要价值。本论文主要研究CuMnOx和VMnOx微纳米结构的制备、表征及其在CO催化氧化反应中的性能，论文可分为三大部分。 第一部分，以混合草酸盐为前驱体采用一锅热解法合成了一系列铜锰氧化物催化剂，借助X射线衍射(XRD)、N2物理吸附、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)和程序升温还原(TPR)等手段对催化剂进行了表征，并探究了其在CO氧化反应中的催化性能。为了进一步改善铜锰氧化物的催化性能，我们还探讨了老化时间、焙烧温度等对其结构、组成以及催化氧化CO性能的影响。实验结果表明，采用一锅热法制备的CuMnOx催化剂能够获得较单一的尖晶石CuMn2O4相，且具有较大的比表面积和孔体积，能够为催化CO氧化反应提供更多的Cu-O-Mn界面，故催化剂活性较高。提高焙烧温度能提高CuMn2O4的结晶度，但是会相应地降低CuMn2O4的比表面积和孔体积，使得暴露的Cu-O-Mn界面减少，从而导致CO氧化反应活性降低。 第二部分，采用三种不同方法合成了OMS-2，并通过浸渍法负载铜制备CuO/OMS-2催化剂，借助XRD、N2物理吸附、XPS、TPR等表征方法探讨了催化剂结构与性能关系。实验结果表明，采用研磨法制备OMS-2比表面积大、能形成大量的吸附位，使得负载的氧化铜以高分散形式存在，能够为CO氧化反应的进行提高更多的Cu-O-Mn界面，故催化活性较高。而采用回流法和水热法制备的OMS-2为针状或纤维状形貌、比表面积小，导致OMS-2表面存在大量聚集态氧化铜，所能获得Cu-O-Mn界面大大减少，故催化活性显著降低。 第三部分，采用回流法制备了一系列不同钒源和不同钒锰比的V-OMS-2催化剂，详细考察其在CO催化氧化反应中的催化性能，并借助XRD、N2物理吸附、Raman、XPS、TPR等谱学方法对催化剂进行了表征。实验结果表明，以V2O5为钒源制备的V-OMS-2-O为纳米棒状结构、比表面积大，而其它两种钒源制备的样品比表面积较小。另外，以V2O5为钒源制备的V-OMS-2-O表面晶格氧的活泼性和反应性也明显强于其它两种钒源制备的催化剂，这使得V-OMS-2-V-O表现出更高的催化活性。掺杂少量的V(＜3％)能够大幅度提高OMS-2的比表面积，且掺杂的V均以+5价离子形式替代Mn4+进入OMS-2的骨架结构中，显著改变了锰氧八面体位周围O的配位环境，增加了表面晶格氧的活泼性和反应性，因而能够明显改善OMS-2在CO氧化反应中的催化活性。当V掺杂量为3％时，V-OMS-2-O的催化活性最高，100％ CO转化时反应温度降至50℃左右。过量的钒(＞6％)将导致OMS-2的孔道结构破坏，钒在锰氧化物表面富积，严重影响锰氧化物表面晶格氧的活泼性和反应性，导致催化剂活性降低。
催化剂;制备工艺;铜锰氧化物;钒元素;微纳米结构;一氧化碳;催化氧化性能
河南师范大学
硕士
化学；物理化学
汤清虎
2016
中文
TQ426.6
86
2017-01-03（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）