發(fā)布時間：2018-08-06 14:19

【摘要】：CO是大氣中的主要污染物之一,空氣中CO的存在對環(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),具有很高的實用價值,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)的機理,因此CO低溫催化氧化反應(yīng)具有非常重要的實用價值和理論研究意義。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)用研究已成為催化研究領(lǐng)域的熱點之一。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,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。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-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2 nm。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)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)處理條件和制備方法對催化劑活性的影響。結(jié)果表明：當(dāng)先驅(qū)體溶液pH值為10時,單金屬Au/TiO2-NB納米催化劑活性最高,這是因為此條件下制備的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)處理條件對催化活性的影響,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,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用價值。本文通過系統(tǒng)的調(diào)控光沉積過程中的光沉積時間和前驅(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 mL 0.025 mol·L-1的HAuCl4溶液于400 w氙燈下光照10 s,催化劑納米顆粒粒徑為2.5 nm,可將反應(yīng)條件下的CO完全轉(zhuǎn)化,當(dāng)前驅(qū)體溶液用量下降至0.1 mL時,Au納米顆粒的粒徑尺寸僅為1.4 nm,盡管負(fù)載量較低(0.056 wt.%)但對CO的催化氧化反應(yīng)依然具有良好的催化活性。
[Abstract]:CO is one of the main pollutants in the atmosphere. The presence of CO in the air is very harmful to the environment and human health. In other industrial production, such as the use of fuel cells, CO will cause Pt electrode poisoning. The oxidation reaction of.CO, which affects the use efficiency, is an effective way to remove CO, and the oxidation of CO, especially the low temperature strip, is an effective way. The oxidation reaction under the component is of high practical value. It can be applied to indoor gas purification, gas mask, CO gas sensor and so on. And because the reaction of CO can be used as a probe reaction to explore the mechanism of catalytic reaction, the catalytic oxidation reaction of CO at low temperature has very important practical value and theoretical significance.A. U based nano catalysts are one of the most widely used catalysts in the catalytic oxidation of CO. The synergistic effect of bimetallic catalysts because of the addition of second metals makes it higher than the activity and stability of the single metal catalysts. Therefore, the synthesis and application of bimetallic catalysts have become one of the hotspots in the field of catalytic research. One dimension TiO2 The nanometers are synthesized by a simple hydrothermal method. There is no use of other macromolecular surfactants in the synthesis process. It has the characteristics of clean surface and smooth surface and uniform distribution of defects. It is an ideal catalyst carrier. And because of the one-dimensional fiber structure of TiO2 nanometers, it can be assembled into a whole porous structure nanoscale catalyst. In addition, the method of light deposition is a common method for the preparation of supported catalyst because of its simple operation, low cost and green non pollution. In this paper, Au and Au-Ag nanoparticles were loaded on the surface of TiO2 nanomaterials of one dimension nanomaterial, respectively, and the Au/TiO2-NB and Au-Ag/Ti were prepared by the method of light deposition and two step continuous photo deposition. O2-NB nanostructures were assembled into a holistic porous structure nanoscale catalyst for CO catalytic oxidation at low temperature. The specific contents of the study are as follows: 1. a double metal Au-Ag/TiO2-NB nano catalyst loaded with TiO2 nanoribbons was prepared by continuous two step photodeposition and assembled into a holistic porous nanoscale structure. SEM, TEM, The morphology, composition and structure of the nanoparticles are characterized by XRD, ICP. UV-Vis optical absorption and XPS, respectively. From the SEM image, it can be seen that the nanoscale paper presents a three dimensional cross penetration structure with a larger porosity and specific surface area. As can be seen from the TEM diagram, the metal nanoparticles are evenly distributed on the surface of the TiO2 nanoscale and its particles. The diameter is Shuangfeng distribution. The small particle size is about 2 nm., according to UV-Vis light absorption and XPS analysis, the metal particles in the bimetal Au-Ag/TiO2-NB nanostructures are the alloy structure of the surface enriched with silver oxide. The prepared bimetallic Au-Ag/TiO2-NB nanoscale catalyst should be used for the low temperature catalytic oxidation reaction of CO, respectively. The effect of pH value of precursor solution, pretreatment conditions and preparation methods on the activity of the catalyst during the preparation process showed that when the pH value of the precursor solution was 10, the activity of the single metal Au/TiO2-NB nano catalyst was the highest, which was due to the smaller Au particles prepared under this condition, and the Cl- residue was higher because of the high degree of hydrolysis of the AuCl4- ions. The catalyst has a higher catalytic activity. Secondly, the catalyst prepared by the two step photodeposition method, which deposited the Au before deposition of Ag, avoids the formation of AgCl in the preparation of Au and in situ replacement after the deposition of Ag first and has higher catalytic activity. Therefore, the effect of Au/Ag ratio and preconditioning conditions on catalytic activity was systematically investigated. When the proportion of Au/Ag was 1:0.8, the activity was highest after reduction of 400 degrees C. Due to the deactivation of Au based nano catalyst in the catalytic oxidation of CO at low temperature, the bimetallic Au-Ag/TiO was discussed by the method of inactivation rebirth reaction. The cause of 2-NB nano catalyst deactivation is that the activity of.3.Au nano catalyst is affected by the particle size and spatial distribution. When the small particle size distribution is small, the agglomeration phenomenon is easy to occur, which leads to the deactivation of the catalyst. Therefore, the preparation of nano catalyst with small particle size and uniform spatial distribution is very high. In this paper, the Au based nanoscale catalyst with controllable particle size and space distribution and high sintering resistance is prepared by systematic regulation of the light deposition time and precursor concentration in the process of photomivating. The current drive body is 1 mL 0.025 mol. L-1 HAuCl4 solution under 400 W xenon lamp, 10 s, and the particle size of catalyst nanoparticles For 2.5 nm, the CO can be completely converted under the reaction condition. The size of Au nanoparticles is only 1.4 nm when the current volume of the flooding solution is reduced to 0.1 mL. Although the load is low (0.056 wt.%), the catalytic oxidation reaction of CO still has good catalytic activity.
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：O643.36;TB383.1

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本文編號：2168003