Pd纳米颗粒催化CO低温氧化工艺
本文介绍了一种高效负载型Pd催化剂的制备及其在CO低温氧化反应，相关领域内已经有很多学者研究开发多年。浙江大学与天津大学共同开发了一种利用乙醇还原法, 以CeO2纳米管为载体, 制备不同Pd含量的Pd/CeO2-nanotube纳米催化剂。并利用N2吸附脱附、X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、CO程序升温脱附(CO-TPD)、X射线光电子能谱(XPS)等表征手段, 探索纳米催化剂载体形貌对CO氧化反应活性的影响。氮气吸脱附结果表明, Pd/CeO2-nanotube具有较高的比表面积(58.0 m2/g), 且存在介孔结构. XRD表征发现, Pd/CeO2-nanotube的衍射峰对应立方萤石型结构的CeO2的(111), (200), (220), (311)等晶面。TEM结果表明, Pd/CeO2-nanotube具有均匀的纳米管形貌, 其外径为40–60 nm, Pd纳米颗粒均匀分散在其表面。CO-TPD结果表明, Pd/CeO2-nanotube在110 ºC附近具有很强的脱附峰, 在370 ºC和600 ºC附近分别具有较宽和较弱的脱附峰, 这表明该催化剂具有较多的吸附位, 且具有很强的CO吸附能力; CO不可逆吸附量计算结果表明, 该催化剂上的Pd具有很高的表面分散度(23.3%), Pd颗粒尺寸为7.3 nm。XPS表征显示, Pd以Pd2+的形式分散于CeO2纳米管的表面, 且与载体发生相互作用, 存在Pd–O–Ce键; 同时该催化剂表面存在丰富的Ce3+, 为反应提供更多的氧空位. 0.9Pd/CeO2-nanotube纳米催化剂在CO氧化反应中表现出优良的活性, 能在100 °C实现CO的完全转化; 通过计算发现, 该催化剂具有较高的TOF值(0.63 s–1), 由Arrhenius曲线可得到该催化剂的活化能为26.5 kJ/mol。
金属活性组分的尺寸和分散度、载体的结构特征、CO吸附能力以及金属–载体间的相互作用决定催化剂的性能。Pd/CeO2-nanotube的高比表面积有利于Pd的分散; 其强CO吸附能力有利于CO吸附于Pd物种表面; 催化剂表面丰富的Ce3+能为反应提供更多的氧空位, Pd–O–Ce键的形成能增强金属–载体间的相互作用, 有利于CO与催化剂表面晶格氧发生反应。同时催化剂介孔结构有利于反应气体和产物气体的吸附和扩散, 因此, Pd/CeO2-nanotube纳米催化剂在CO氧化反应中表现出优良的活性。