二氧化鈦納米帶負(fù)載Au-Ag納米催化劑的制備及其性能研究.pdf

1、CO是大氣中的主要污染物之一，空氣中CO的存在對(duì)環(huán)境和人類的身體健康都存在很大的危害。在其它的工業(yè)生產(chǎn)中，如燃料電池的使用，CO會(huì)造成Pt電極中毒，影響其使用效率。CO的氧化反應(yīng)是去除CO的一種有效途徑，CO的氧化尤其是低溫條件下的氧化反應(yīng)，具有很高的實(shí)用價(jià)值，可以應(yīng)用于室內(nèi)氣體凈化，防毒面具、CO氣體傳感器等方面。而且由于CO反應(yīng)較為簡單可以作為探針反應(yīng)來探究催化反應(yīng)的機(jī)理，因此CO低溫催化氧化反應(yīng)具有非常重要的實(shí)用價(jià)值和理論研究意義

2、。
　　Au基納米催化劑是CO催化氧化中研究和應(yīng)用最為廣泛的一類催化劑。雙金屬催化劑由于第二種金屬加入而存在的協(xié)同作用促使其具有高于單金屬催化劑的活性和穩(wěn)定性，因此其合成和應(yīng)用研究己成為催化研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。一維TiO2納米帶采用簡單的水熱法合成，合成過程中沒有使用其他大分子表面活性劑，具有表面干凈平滑，缺陷位分布均勻的特點(diǎn)，是一種理想的催化劑載體。并且由于TiO2納米帶的一維類纖維結(jié)構(gòu)，可以將其組裝為整體多孔結(jié)構(gòu)納米紙催化劑。

3、此外，光沉積的方法由于操作簡單、成本較低、綠色無污染的特點(diǎn)也是制備負(fù)載型催化劑的一種常用方法。本論文采用光沉積法以及兩步連續(xù)光沉積法，分別在將Au以及Au-Ag納米顆粒負(fù)載于一維納米材料TiO2納米帶表面，制備Au/TiO2-NB和Au-Ag/TiO2-NB納米結(jié)構(gòu)，并將其組裝為整體多孔結(jié)構(gòu)納米紙催化劑應(yīng)用于CO低溫催化氧化反應(yīng)，具體研究內(nèi)容如下:
　　1.采用連續(xù)兩步光沉積法制備了負(fù)載于TiO2納米帶的雙金屬Au-Ag/TiO2

4、-NB納米催化劑，并將其組裝為整體多孔納米紙結(jié)構(gòu)。采用SEM、TEM、XRD、ICP、UV-Vis光吸收和XPS等測試手段，分別表征了納米催化劑顆粒的形貌、組成和結(jié)構(gòu)。由SEM圖像可以看出納米紙呈現(xiàn)三維交叉貫穿的結(jié)構(gòu)，具有較大的孔隙率和比表面積。由TEM圖可以看出，金屬納米顆粒均勻地分布于TiO2納米帶表面，其粒徑呈雙峰分布，其中小顆粒粒徑約為2nm。根據(jù)UV-Vis光吸收和XPS分析可知，所制備的雙金屬Au-Ag/TiO2-NB納米結(jié)

5、構(gòu)中的金屬顆粒為表面富集氧化銀的合金結(jié)構(gòu)。
　　2.將制備的雙金屬Au-Ag/TiO2-NB納米催化劑應(yīng)用于CO的低溫催化氧化反應(yīng)，分別研究了制備過程中先驅(qū)體溶液的pH值、預(yù)處理?xiàng)l件和制備方法對(duì)催化劑活性的影響。結(jié)果表明:當(dāng)先驅(qū)體溶液pH值為10時(shí)，單金屬Au/TiO2-NB納米催化劑活性最高，這是因?yàn)榇藯l件下制備的Au顆粒較小，而且由于AuCl4-離子水解程度較高，Cl-殘留量較低，因此其催化活性較高。其次，采用先沉積Au后沉積

6、Ag的連續(xù)兩步光沉積方法制備的催化劑，避免了先沉積Ag后沉積Au和原位置換方法制備過程中AgCl的生成個(gè)而具有較高的催化活性。由于雙金屬催化劑的活性受到結(jié)構(gòu)及組成的影響，所以系統(tǒng)的探討了Au/Ag比例及預(yù)處理?xiàng)l件對(duì)催化活性的影響，當(dāng)Au/Ag比例為1∶0.8，經(jīng)過400℃還原預(yù)處理后活性最高。由于低溫下CO的催化氧化反應(yīng)中Au基納米催化劑出現(xiàn)失活現(xiàn)象，因此采用失活-重生循環(huán)反應(yīng)的方法探討了雙金屬Au-Ag/TiO2-NB納米催化劑失活的

7、原因。
　　3.Au納米催化劑活性受到粒徑及空間分布的影響，當(dāng)納米顆粒粒徑較小空間分布密度較小時(shí)，容易發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象而導(dǎo)致催化劑失活現(xiàn)象的產(chǎn)生，因此制備具有較小粒徑和空間分布均勻的納米催化劑具有很高的實(shí)用價(jià)值。本文通過系統(tǒng)的調(diào)控光沉積過程中的光沉積時(shí)間和前驅(qū)體濃度的方法制備了粒徑和空間分布可控且具有高抗燒結(jié)性能的Au基納米催化劑。當(dāng)前驅(qū)體為1 mL0.025 mol·L-1的HAuCl4溶液于400 w氙燈下光照10s，催化劑納米顆