金催化剂存贮失活分析示意图
对于纳米Au催化剂的存贮失活, 一些研究者认为, 保存在室温大气环境中的纳米Au催化剂对光照和湿度敏感, 可引起金属Au颗粒的显著长大, 避光保存在真空干燥器或冰箱中催化效果较好. 王东辉等认为, 存贮过程中金属Au颗粒的长大和表面碳酸盐的积累是Au/ZnO催化剂失活的原因, 但光照和环境湿度的影响并不是主要的.
实际上, 有关纳米Au催化剂失活机理的分歧,是与不同负载型Au催化剂的活性中心密切相关. 用于负载纳米Au的载体可分为活性载体(如Fe2O3和CeO2等)和惰性载体(Al2O3和TiO2等). 在惰性载体上起催化作用的主要是Au0, 且Au颗粒粒径对其活性影响很大; 对于活性载体负载体系, 催化活性中心的认定也存在分歧, 特定的催化反应中Auδ+和Au0可能对活性都有贡献, 但Au颗粒尺寸不再是决定因素. 因此, 深入分析特定催化体系的活性中心, 明确引起失活的环境因素, 对其失活机理的研究至关重要.
Au/FeOx是研究较多、最接近实际应用的CO低温氧化催化剂. 研究表明, 载体的物相和形貌变化对Au催化性能影响较大; 但有关其存贮失活的研究目前还很少. 为了排除载体的物相和形貌对Au/FeOx催化性能的影响, 清华大学核能与新能源技术研究院尉继英等人采用沉积沉淀法制备了CO低温氧化催化剂Au/α-Fe2O3,通过X射线衍射、X射线光电子能谱、N2吸附-脱附、傅里叶变换红外光谱、H2程序升温还原和CO2程序升温脱附等手段对催化剂进行了表征, 探讨了在室温大气气氛下光线照射以及表面吸附等环境因素所导致的催化剂存贮失活及其作用机理. 结果表明, 经110℃干燥的Au/α-Fe2O3催化剂表面同时存在Au3+和 Auδ+(0≤ δ ≤1)物种, 且前者催化CO氧化的活性更高; 在室温大气气氛下, 紫外线照射会引起Au3+的还原和Au颗粒的生长, 导致催化剂的不可逆失活. 此外, 空气中的H2O和CO2可同时吸附在α-Fe2O3的表面, 形成表面碳酸盐物种, 会引起催化剂的可逆失活.