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氢能是一种清洁的可再生能源,几乎可以满足所有的能源需求。将氢能转化成电能是氢能技术应用最重要的方面,其中最典型的就是在质子交换膜燃料电池中的应用。此类电池所用的燃料主要是通过碳氢化合物在线重整制得的富氢气体,而少量CO的选择性氧化脱除是燃料电池技术中的一个重要和关键的组成部分。近年来,CuO-CeO2催化剂以其良好的催化活性和优越的经济性逐渐成为该领域的研究重点。为了进一步提高CuO-CeO2催化剂对富氢气中CO选择性氧化的催化性能以及抗H2O和CO2的能力,近年来,人们对CuO-CeO2催化剂中掺杂其它金属改性,如掺杂碱金属和碱土金属、稀土金属和过渡金属等形成的铈基多组分复合氧化物极为关注。已有较多的研究表明,通过掺杂少量的金属掺杂剂可进一步提高活性铜物种与Ce02载体之间的相互作用和催化剂的氧化还原能力,尤其对催化剂的CO氧化低温活性有显著的促进作用。本论文利用N2吸附-脱附、C射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜和高分辨透射电镜(TEM/HR-TEM)、程序升温还原(H2-TPR)、X-射线光电子能谱(XPS)、紫外拉曼光谱(UV-Raman)、原位红外(in situ DRIFTS)、程序升温脱附(CO-TPD)、CO吸附和活性评价等手段,系统地研究了掺杂不同过渡金属(Mn、Fe、Ni、Ti、Cr或Co)、Mn的掺杂量、Cu/Mn的总负载量、焙烧温度以及制备方法对掺杂Mn的CuO-CeO2催化剂的结构、氧化还原性能、活性物种的分散和形态及CO选择性氧化催化性能的影响和规律。得到的主要认识和结论如下：1.研究了过渡金属Mn、Fe、Ni、Ti、Cr或Co的掺杂对CuO-CeO2催化剂的结构、氧化还原性能、活性物种的分散和形态及CO选择性氧化催化性能的影响。结果表明,各金属掺杂催化剂的CO氧化活性顺序为CuC-Mn> CuC-Fe> CuC-Ti> CuC-Ni> CuC> CuC-Co> CuC-Cr。Mn和Fe的掺杂明显提高了活性组分铜物种与Ce02载体之间的相互作用,促进了铜物种的分散,使更多的铜离子进入到Ce02晶格中,同时还有利于Ce4+→Ce3+的还原以及氧空穴的形成。而Ni和Co的掺杂抑制了活性铜物种的分散,且掺杂的Co替代部分铜离子进入到Ce02晶格中,使得部分铜物种在载体表面发生团聚。Cr的掺杂显著削弱了铜铈之间的相互作用,降低了铜物种的还原能力并抑制了Cu+活性物种的形成,进而降低了吸附和氧化CO的能力。2.研究了Mn、Cu的负载量及催化剂的焙烧温度对CuC-Mn催化剂的结构、氧化还原性能、活性物种的分散和形态及CO选择性氧化催化性能的影响。结果表明,当Cu和Mn的总含量为5%、Mn:Cu=1:5且焙烧温度为500℃C时,CuC-Mn催化剂的低温氧化活性最好,完全转化CO的温度窗口高达40℃,同时表现出良好的抗H20和C02的性能。适量Mn的存在以及合适的焙烧温度均可进一步增强活性组分铜物种与Ce02载体之间的相互作用,从而促进铜、锰物种的分散和还原性能。3.研究了制备方法(水热法、溶胶-凝胶法、浸渍法或共沉淀法)对CuC-Mn催化剂的结构、氧化还原性能、活性物种的分散和形态及CO选择性氧化催化性能的影响。结果表明,采用水热法制备的CuC-Mn-HY催化剂表现出最好的氧化CO的低温活性和最宽的完全转化CO的温度窗口,各催化剂的CO氧化活性顺序为CuC-Mn-HY>CuC-Mn-SG> CuC-Mn-IM> CuC-Mn-CP。采用水热法和溶胶-凝胶法制备的催化剂晶粒粒径较小,比表面积较大,孔径分布较窄,铜、锰物种在载体Ce02表面的分散性好,且有较多的铜、锰离子进入到Ce02的晶格而形成均一性较好的Cu-Ce-Mn-O三组分固溶体,从而促进铜、锰物种与载体Ce02之间的相互作用。CuC-Mn-HY催化剂中存在较多且稳定的Cu+物种,而锰物种主要以高价态的Mn4+存在,也有利于Cu2+→Cu+的还原,从而提高了催化剂的氧化还原性能。采用浸渍法制备的催化剂中出现了大量团聚的铜物种,不利于活性铜物种的分散,导致催化剂的比表面积大幅降低。而采用共沉淀法制备的催化剂在反应过程中由于其表面严重的羟基化及大量甲酸盐物种的形成严重抑制了铜铈之间的相互作用,影响了催化剂的低温氧化活性。