钾掺杂影响金铂催化剂催化一氧化碳活性
近年来, Au催化剂越来越多地用于水煤气变换(WGS)反应. Haruta等研究发现, 高度分散的 Au催化剂具有较高的催化CO低温氧化反应活性, 且具有良好的湿度增强效应. Andreeva等研究表明, 采用共沉淀法制备Au/α-Fe2O3催化剂时, 沉淀pH值和Au负载量对低温WGS反应活性影响较大. Fu等研究发现, Au/CeO2催化剂具有很高的催化活性, 这是非金属态的Au与CeO2表面相互作用的结果. 然而, 在WGS反应过程中, Au催化剂常因纳米Au粒子聚集长大和表面吸附碳酸盐物种等导致其催化性能急剧下降, 因而在实际应用中受到限制.
第二组分的加入是提高Au粒子稳定性的有效方法之一. 有研究将Au-Pd合金用于催化CO氧化反应, 由于Pd与Au较强的相互作用, 使得Au颗粒变小及活性提高. Hurtado-Juan等研究发现, 双组分Au-Pt催化剂活性和稳定性远好于单金属催化剂, 但在高温或长时间运转时, 该催化剂因表面积炭而逐渐失活. 研究表明, 碱金属助剂可通过中和催化剂表面部分酸中心, 调变其酸碱性, 提高催化剂的抗积炭能力, 从而改善催化剂稳定性; 作为电子性助剂, 碱金属可调变主催化剂的电子结构, 使反应分子的化学吸附能力和反应活化能发生变化; 碱金属的加入还会引起催化剂几何结构的变化.
烟台大学应用催化研究所索掌怀等人制备了碱金属M(M=Na, K, Rb和Cs)掺杂的 Au-Pt/CeO2催化剂, 考察了其催化水煤气变换反应的活性, 并采用X射线衍射、H2程序升温还原、紫外-可见漫反射光谱和X射线光电子能谱技术研究了K助剂对Au-Pt/CeO2催化剂结构和表面性质的影响. 结果表明, 添加少量电负性较低的K虽然使Pt的还原变得困难, 但有利于Au金属态的稳定, 并使催化剂表面Ce3+富集而产生氧空位, 显著提高了Au-Pt/CeO2催化剂活性. 当K负载量为0.025%, 反应温度250℃时, CO转化率可达95%.