高分散Au、Ru催化剂的制备、表征及应用

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:eyeryonecheat
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金属与载体间的强相互作用是影响金属纳米颗粒的尺寸、形貌及其催化性能的重要因素。基于该相互作用以制备分散度高、催化性能优良的负载型贵金属催化剂一直是催化领域的研究热点。负载型Ru等贵金属催化剂在CO(选择)氧化、N20分解以及C02加氢甲烷化反应中具有优良的催化活性,然而其在制备过程存在纳米粒子聚集长大、反应时选择性不高或活性组分团聚失活等问题。为此,本文探索并考察了载体掺杂和载体晶型调控对Au、Ru等贵金属纳米颗粒的尺寸、形貌以及催化性能的影响。利用La掺杂A1203制备LaAlO3-Al2O3复合载体,以增强载体与Au间的强相互作用,从而制得高分散的Au/LaAlO3-Al2O3催化剂。研究表明,相比于Au/Al2O3催化剂,Au/LaAlO3-Al2O3催化剂上CO吸附强度显著提高,同时H2氧化反应速度大大降低,从而实现了该催化剂在燃料电池工作温度范围(50~100℃)内将CO完全氧化。此外,该催化剂还具有优良的反应稳定性能,表现出了一定的应用前景。利用Ru02与金红石相TiO2(r-TiO2)晶型相同、晶格匹配程度高的特性,提高Ru纳米粒子在r-TiO2载体上的分散程度。所制备的Ru/r-TiO2催化剂在C02加氢甲烷化反应中表现出更高的活性和热稳定性。研究表明,r-TiO2能够有效抑制空气气氛中焙烧时Ru02的聚集长大。负载在锐钛矿型TiO2(a-TiO2)上的Ru纳米颗粒尺寸为4.0±2.4nm,而负载在金红石相Ti02上的Ru粒子具有更窄的粒径分布范围(1.1±0.2nm)。XAFS和H2-TPR结果表明,Ru/r-TiO2这种独特的性质归因于Ru02和r-TiO2间所形成Ru-O-Ti键而具有的强相互作用,促进了Ru金属纳米颗粒分散度的提高,而且能够阻止其聚集烧结。针对Ru02纳米颗粒在高温氧化气氛中易烧结而聚集长大的难题,基于前述的认识,成功制备了RuO2/r-TiO2催化剂,Ru02纳米薄层形式均匀分散在r-TiO2表面。与其他载体担载的Ru02催化剂相比,该催化剂在N20分解反应中表现出了更高的催化活性。XRD、HRTEM、Raman和XPS等表征结果证实了Ru02与r-TiO2在界面处形成Ru-O-Ti键而具有强相互作用,从而阻止了Ru02在焙烧过程中的聚集长大进而使其均匀分散在载体上。结合催化活性测试结果,将RuO2/r-TiO2催化剂的高活性归因于薄层分散的Ru02能够更大程度地暴露活性位。
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