MOx修饰Al2O3担载金催化剂的制备及其在CO2激光器模拟气氛中的应用

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CO2激光器是被广泛应用的一类气体激光器,然而其运行期间激光腔内工作气体易发生等离子诱导化学反应而产生对激光器有害的成分,主要是CO和O2等,致使激光器输出功率逐渐下降。采用催化方法,利用固体催化剂消除 CO等有害成分是一种高效低成本的应对激光功率下降的策略。负载型纳米金催化剂作为一种新型的催化材料,对催化氧化 CO反应具有优异的催化性能,引起了广泛关注。本论文采用等体积浸渍法制备了不同金属氧化物修饰γ-Al2O3担载金催化剂 Au/MOx/Al2O3(M=Fe,V,Zr,Ce,La,Co,Nb),通过调变Au与载体间的相互作用防止纳米Au粒子在制备及反应过程中发生团聚,同时提高载体的表面可移动氧含量进而促进催化剂在 CO2激光器模拟气氛中催化氧化 CO的反应性能,同时结合 XRD, HAADF-STEM,O2-TPD,Raman,XAFS等手段对 Au/MOx/Al2O3催化剂的结构、金的价态、储氧能力等进行表征,以揭示修饰前后催化剂反应性能的差异原因。本论文取得的主要实验结果如下:  1.与 Au/Al2O3催化剂相比,经 FeOx和 VOx修饰的γ-Al2O3担载纳米金催化剂Au/Fe-V-Ox/Al2O3具有更高的Au分散度,且其在CO2激光器模拟气氛中具有更好的催化CO氧化反应性能。HAADF-STEM和XAFS等表征结果均显示,相比于Au/Al2O3催化剂,修饰前后 Au纳米粒子的化学状态并没有发生变化,但 Au/Fe-V-Ox/Al2O3催化剂中的Au粒子粒度更小、尺寸分布更窄,这可能是Au/Fe-V-Ox/Al2O3催化剂具有更高催化活性的原因之一;采用O2-TPD测试并对比催化剂在贫氧或无氧反应气氛中的催化反应速度,结果表明经FeOx和VOx修饰后的载体表面可移动氧含量增多,使催化剂在贫氧或无氧反应气氛中的CO氧化反应速率更高,这是Au/Fe-V-Ox/Al2O3催化剂在CO2激光器模拟气氛中具有更高催化活性的另一个重要原因。  2.采用FeOx-NbOx和LaOx-CoOx修饰γ-Al2O3进而担载纳米Au粒子,在高度分散所担载Au纳米粒子的同时,提高复合载体表面的可移动氧含量,从而使得复合载体担载的纳米Au催化剂在CO2激光器模拟气氛中表现出更高的催化氧化CO的反应性能。本章较详细考察了复合载体焙烧温度对 Au/Fe-Nb-Ox/Al2O3和Au/La-Co-Ox/Al2O3催化剂在CO2激光器模拟气氛中的反应活性及稳定性的影响,并优化了催化剂的制备参数。  3.为进一步提高纳米Au催化剂的反应活性和稳定性,在保持Au粒子分散度的同时,采用FeOx-ZrOx和FeOx-CeOx修饰γ-Al2O3以提供更多的载体表面可移动氧含量,使得所制备的Au/Fe-Zr-Ox/Al2O3和Au/Fe-Ce-Ox/Al2O3纳米金催化剂在CO2激光器模拟气氛中催化氧化 CO反应活性和催化反应稳定性得到了更大程度的提高。本章通过考察复合载体焙烧温度对催化剂在 CO2激光器模拟气氛中活性及稳定性的影响,优化并得到了适宜的催化剂制备参数。
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