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自然界中,甲烷的分布比较广泛,其具有高热值、完全燃烧时废气中污染排放物少等优点。然而,甲烷是一种典型的温室气体,直接排放到大气中造成的温室效应是同等CO2的22倍左右。在过去20多年中生产生活排放的CH4产生的温室效应约是CO2的70倍。当CH4的浓度低于3%时,传统的火焰燃烧将不能使其氧化。因此,实现低温条件下的CH4催化氧化反应对降低废气中甲烷的含量具有重要的意义。催化燃烧是一项有工业应用价值的技术,它能够促进低浓度甲烷在低温条件下发生氧化反应,这项技术发展的关键在于设计出性能突出、成本低廉的催化剂。催化剂的性能不仅取决于负载的活性物质的种类,还和载体材料的性质有关。本文采用典型的水热合成反应制备了三种不同形貌的CeO2载体(包括:棒型r-CeO2、立方型c-CeO2、八面体型o-CeO2)。将贵金属Pd作为活性成分,利用浸渍法制备出一系列相应形貌的Pd/CeO2催化剂。在内径为3mm的石英管微反应器中,研究了不同形貌的CeO2暴露的特征晶面对Pd/CeO2催化剂的活性的影响,同时考察了催化剂的抗水中毒能力。结果表明,不同形貌的CeO2做载体时,Pd/CeO2催化剂的活性差异较大,负载到暴露(111)晶面的o-CeO2上的Pd/o-CeO2的活性明显比负载到暴露(100)晶面的c-Ce02及暴露(110)和(100)晶面的r-CeO2的Pd基催化剂的强。当CeO2单独作催化剂时,r-CeO2的活性最好,而o-CeO2催化剂的活性最差。采用BET、H2程序升温还原反应(H2-TPR)、透射电子显微镜(TEM或HRTEM)、XRD、ICP-AES、元素地图、XPS、SEM-EDS 能谱和原位 XPS(In-situ XPS)等对Pd/r-CeO2、Pd/c-CeO2、Pd/o-CeO2催化剂进行了表征,从微观角度对催化剂的结构及表面电子特性与其催化活性间的关系做了进一步地解释。测试结果表明Pd类物质主要以Pd0和Pdo两种形式高度散布在CeO2载体表面上。Quasi In-situ XPS实验结果说明了催化剂表面Ce3+-Ce4+离子对在低浓度甲烷催化氧化中对02发生表面化学吸附起着重要的促进作用。与r-CeO2和c-CeO2相比,Pd的引入更有益于o-CeO2载体表面的Ce3+浓度的增加。水蒸气的存在会在一定程度上抑制Pd/CeO2催化剂的活性。总之,载体材料的形貌及其暴露的特征晶面是影响催化剂活性的一个重要因素。