CO2資源化研究——Ce基催化劑用于RWGS反應.pdf

1、化石燃料大規(guī)模的燃燒排放導致大氣中的CO2濃度急劇增長，已引發(fā)一系列環(huán)境問題，從而嚴重威脅到人類的生存。減少CO2排放刻不容緩。CO2經(jīng)逆水煤氣變換反應(RWGS)轉(zhuǎn)化成更活潑的CO，進而通過費托反應合成碳氫化合物和有價值的化工產(chǎn)品，能有效地實現(xiàn)CO2資源化利用，從而達到節(jié)能減排的目的。CeO2資源豐富、對環(huán)境無二次污染和優(yōu)越的抗中毒性能，在綠色催化領(lǐng)域已引起廣泛關(guān)注。本文制各了系列Ce基催化劑，考察了制備方法和過渡金屬參與對相應催化劑

2、的RWGS催化反應性能的影響。采用H2-TPR、XRD、BET、TEM、in-situXPS、AAS、CO2-TPD和H2-TPD等對催化劑進行了表征，建立了催化劑物理化學性質(zhì)與催化性能之間的關(guān)系。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴CeO2催化劑制備方法對RWGS反應性能具有顯著影響，硬模板法制備的CeO2催化劑具有最高的RWGS反應性能，CeO2催化劑表面氧空穴是主要的催化反應活性中心。反應溫度為400℃時，CO2轉(zhuǎn)化速率可達到0.2

3、4 mmol·gcat-1·min-1，CO選擇性為100％。⑵過渡金屬（M=Ni、Cu、Co、Fe和Mn）對硬模板法制得的介孔Ce基復合催化劑的RWGS反應活性和選擇性具有顯著影響。Mn+離子可置換CeO2晶格中的Ce4+形成Ce-M-O固溶體，且CeM催化劑均有大的比表面積（超過120.0 m2/g）和發(fā)達的介孔結(jié)構(gòu)。過渡金屬受d帶空穴值的影響，使得相應催化劑對反應物CO2和H2分子的吸附性能得到不同程度的改善，從而影響催化劑的RW

4、GS反應性能。CO2轉(zhuǎn)化率遵循如下順序:Ni-CeO2＞Cu-CeO2＞ Co-CeO2＞ Fe-CeO2≈Mn-CeO2，且CO選擇性分別為28.0％、100％、63.0％、100％和100％。⑶采用硬模板法制得的CexCuy催化劑具有優(yōu)越的RWGS反應性能，且Ce/Cu摩爾比對其催化性能具有顯著性影響。Cu物種能置換CeO2晶格中的Ce4+形成固溶體，Cu物種的引入能有效改善CexCuyO前驅(qū)體的可還原性，且CexCuyO前驅(qū)體經(jīng)H

5、2還原可形成表面氧空穴和活性Cu0物種。Ce物種與Cu物種間的電子效應能有效地改善催化劑對反應物CO2和H2分子的吸附性能，且活性物種間的協(xié)同效應顯著地提高了催化劑的RWGS反應性能。CexCuy催化劑均有100％的CO選擇性，CO2轉(zhuǎn)化率遵循如下順序:Ce1.1Cu1＞Ce1.2Cu1＞Ce1Cu1.1＞Ce1Cu1.2。Ce1.1Cu1催化劑有最高的CO2轉(zhuǎn)化速率，在400℃時達到1.38 mmol·gcat-1·min-1，這可能