环境保护是当今社会重视的首要问题,汽车尾气主要排放物的CO气体的存在对人类的身体健康和生活环境造成了极大的危害,因此,寻找价廉、高效的汽车尾气处理催化剂成为当前一项迫切的任务。CuO/TiO2催化剂由于价廉而又具有较高的CO氧化催化活性,成为近期的一个研究热点。但由于它存在的比表面积低、低温易烧结、TiO2晶形易转变等缺点,限制了其在实际中的应用。为此,研究者开始在TiO2中加入第二种氧化物使其生成复合氧化物来提高TiO2的热稳定性,增大其比表面积。近年来,钛系复合氧化物的研究引起了科研人员极大的关注,Cu-Ti-M-O(M=Sn、Zr、Ce)催化剂体系的研究不仅具有重要的学术意义,而且具有重大的实用价值。另一方面,由于介孔金属氧化物具有高比表面积和均匀的孔径分布等优势,所以能促进活性组分金属颗粒在其表面的高分散和稳定化,并最终促进催化剂性能的提高。因此,近年来它作为催化剂和催化剂载体的研究吸引了人们的普遍关注。　　 然而,到目前为止,Cu-Ti-M-O(M=Sn、Zr、Ce)催化剂体系应用到催化CO低温氧化中的系统研究较少,具有介孔结构的CuO/ZrO2、CuO/ZrO2和CuO/TixZr1-xO2催化剂应用于CO催化氧化的研究尚未见报道。本论文中,我们利用共沉淀法制备一系列不同钛锡比的TixSn1-xO2载体,并利用沉积沉淀法制备了CuO负载量为8wt.％的CuO/TixSn1-xO2催化剂。利用表面活性剂辅助合成法制备出一系列高热稳定性的介孔Cu/ZrO2、Cu/CeO2、CuO/TixZr1-xO2和CuO/TixCe1-xO2纳米催化剂。运用TG-DTA、XRD、BET、XPS、FT-IR、EXAFS、HRTEM、H2-TPR等手段对样品进行了表征,利用微反-色谱及Catlab装置对其催化CO氧化性能进行了评价。系统考察了制备方法、焙烧条件、钛锡、钛锆和钛铈原子比等因素对Cu-Ti-M-O(M=Sn、Zr、Ce)催化剂体系催化性能的影响。此外,我们还制备了以TiO2多孔微球为载体的CuO/TiO2催化剂,首次尝试将它应用到CO催化氧化方面,解决了TiO2为载体的粉体催化剂难回收再利用的缺点。本论文主要研究内容和取得的结果如下:　　 一、CuO/TixSn1-xO2催化剂的制备、表征及催化性能研究　　 利用共沉淀法制备了一系列不同钛锡比的TixSn1-xO2载体,利用沉积沉淀法制备了8wt.％的CuO/TixSn1-xO2催化剂,同时对比研究了同种方法制备的TiO2、SnO2和TixSn1-xO2复合氧化物为载体负载氧化铜催化剂催化性能的影响,考察了钛锡比和焙烧温度对催化CO氧化活性的影响,并进行了寿命测试。结果表明,复合氧化物的粒径均小于SnO2的粒径,有利于制备高分散高活性的催化剂。在所制备的不同钛锡比的TixSn1-xO2复合氧化物中,Ti0.6Sn0.4O2具有锐钛矿结构并且粒径最小,铜物种以Cu2+形式存在。催化活性测试结果表明SnO2的加入有助于催化剂活性的提高,所有的以复合氧化物为载体的催化剂活性均高于单组份载体的催化剂,其中在300℃下焙烧的CuO/Ti0.6Sn0.4O2催化剂显示了最好的催化活性。寿命测试表明所有催化剂在给定的反应条件下比较稳定。　　 二、介孔CuO/ZrO2和CuO/CeO2催化剂的制备、表征和催化性能的研究　　 利用阳离子型表面活性剂CTAB为结构导向剂制备出了具有均匀蠕虫状介孔结构和较大比表面积的CuO负载量为20 mol％的CuO/ZrO2。在低于500℃下焙烧的样品呈无定形态,活性组分CuO以高分散态存在。在400℃下焙烧的CuO/ZrO2催化剂具有165 m2/g的高比表面和最高的催化活性；利用阳离子型表面活性剂CTAB为结构导向剂制备出了具有均匀蠕虫状介孔结构和具有较大的比表面积的CuO负载量为20 mol％的CuO/CeO2。所有催化剂均保持典型立方萤石结构。在300℃下焙烧的CuO/CeO2催化剂具有148.2 m2/g的高比表面和最好的催化活性。对于两种催化剂分析结构表征和催化活性测试结果可以明确地得出结论:活性组分CuO和载体ZrO2及CeO2的相互作用、CuO在载体表面的分散度、载体的比表面积以及焙烧温度都是影响催化剂催化CO低温氧化活性的重要因素。　　 三、介孔CuO/TixZr1-xO2催化剂的制备、表征和催化性能的研究　　 利用阳离子型表面活性剂CTAB为结构导向剂,在CTAB辅助作用下一步法直接制备出具有高比表面积和蠕虫状的介孔结构CuO/TixZr1-xO2纳米催化剂,该催化剂孔径分布范围窄,其颗粒大小约为3-3.9 nm。催化剂的比表面积随着锆含量的增加呈现先增大后减小的趋势,同时其比表面积与焙烧温度也存在一定的关系,其中400℃焙烧的x=0.6的CuO/Ti0.6Zr0.4O2催化剂具有最大的比表面积241.2m2/g。催化剂中铜物种主要以Cu2+存在,但同时也有少量还原态的铜物种存在。该催化剂具有最高的比表面积和最佳的钛锆比,因而具有最高的催化活性。分析结构表征和催化活性测试结果可以明确地得出结论:载体中钛锆比例、活性组分和载体间的相互作用、CuO在载体表面的分散度、载体的比表面积和焙烧温度都会影响催化剂的催化活性。　　 四、CuO/TixCe1-xO2催化剂的制备、表征及其催化性能研究　　 利用阳离子型表面活性剂CTAB为结构导向剂,在CTAB辅助作用下一步法直接制备出CuO/TixCe1-x02纳米催化剂,对比制备的CuO/TixZr1-xO2催化剂的结果发现,此方法不能制备出具有蠕虫状的介孔结构的催化剂,但是所制备的样品仍然具有较大的比表面积。x≥0.7的样品则具有与CeO2相同的晶体结构,均为典型的立方萤石结构,说明Ti离子已经进入CeO2的晶格中形成了单一立方萤石晶相TixCe1-xO2固溶体。500℃下焙烧的CuO/Ti0.8Ce0.2O2催化剂主要呈无定形态并伴随有少量锐钛矿型TiO2,CuO呈高分散状态存在,此时的催化剂具有较高的催化活性。　　 五、以TiO2多孔微球为载体的CuO/TiO2催化剂的制备、表征及CO催化性能研究　　 首次利用浸渍法和水热法将CuO负载在TiO2纳米晶粒微球上制备了CuO/TiO2催化剂,并用于低温CO催化氧化的研究,并对不同方法制备的催化剂的催化性能进行了比较。500℃下焙烧的载体基本呈锐钛矿型结构,其晶粒大小为19.5nm。载体Ti02粒度分布比较均匀,活性组分CuO高分散在载体表面,并没有改变载体TiO2多孔微球的孔道结构,且粒径非常小。Cu物种除了以Cu2+形式存在外还有部分以Cu2O和Cu的形式存在。催化剂的催化活性与制备方法、所使用的Cu(NO3)2·3H2O的浓度以及焙烧温度有关。当Cu(NO3)2·3H2O溶液浓度为0.2mol/L时,水热法制备的催化剂具有较高的催化活性；当Cu(NO3)2·3H2O溶液浓度为0.5mol/L,浸渍法制备的催化剂的催化活性高于水热法制备的催化剂。在200℃下焙烧3 h的催化剂具有最好的催化活性。实验结果证明以TiO2多孔微球为载体的CuO/TiO2催化剂催化剂经过多次反复实验仍然具有较高的催化活性,并且在给定的反应条件下具有较稳定的催化活性,与粉体CuO/TiO2催化剂比较,具有便于回收再利用的优点。