納米金基雙金屬催化劑的製備及其在NO還原反應中的套用

《納米金基雙金屬催化劑的製備及其在NO還原反應中的套用》是依託大連理工大學,由王新葵擔任醒目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：納米金基雙金屬催化劑的製備及其在NO還原反應中的套用
• 依託單位：大連理工大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：王新葵

項目摘要

開發低溫條件下，富氧氣氛中，選擇性催化還原氮氧化物的催化劑新體系是一個十分具有挑戰性的課題，納米金催化劑的低溫催化活性及其良好的抗氧和濕度增強效應，使其在汽車尾氣的氮氧化物消除反應中具有套用潛力。本項目旨在前期開發的製備負載型納米金的新型載體修飾法的基礎上，製備出Au-Pd、Au-Pt，Au-Rh等雙金屬催化劑，實現納米粒子大小、組成和分散性的可控制備，深入認識製備過程。考察所製備的負載金基雙金屬催化劑在不同還原劑體系中的氮氧化物還原反應性能，研究催化劑表面組成、金屬粒子組成、大小、金屬-載體相互作用等對催化劑在氮氧化物還原反應中的催化性能、穩定性的影響規律，探討反應歷程。為進一步認識金的催化特性以及解決汽車尾氣冷啟動時氮氧化物的消除這一科學難題提供基礎數據。

結題摘要

低溫條件下，富氧氣氛中，選擇性催化還原氮氧化物的催化劑新體系的構建是一個具有挑戰性的課題，納米金催化劑因其獨特的催化性能成為近年來催化領域的研究熱點。本項目探索了金基單金屬和雙金屬催化劑的製備方法及其在C3H6選擇催化還原NO反應中的催化性能。結果表明：採用沉積-沉澱法製備的Au-Pd/Al2O3比載體修飾法具有更好的NO還原活性，沉積沉澱法製備的Au0.9Pd0.1/Al2O3催化劑上，在0.2%NO/0.2%C3H6/4%O2/He為原料氣，空速24,000 h-1的條件下，400 ℃時NO轉化率最高，達到50%，N2選擇性為100%。但隨著Pd加入量的增多，反應的溫度視窗向更低的溫度移動，但一部分NO轉化為N2O。XRD、STEM-EDX、XPS等結果表明：金屬態的金、鈀納米粒子均勻分散在載體上，粒徑大小為2-4 nm，雙金屬催化劑中Au和Pd之間存在相互作用。沉積沉澱法製備的Au/CeO2/Al2O催化劑上，在0.1%NO/0.1%C3H6/5%O2/He為原料氣，空速為30,000 h-1的條件下，250oC時NO被選擇還原為N2的轉化率達到46%，且NO轉化為N2O的轉化率可以忽略。此催化性能優於在同等條件下具有最佳低溫活性的Pt/Al2O3催化劑(在此溫度下NO轉化為N2O的轉化率高達30%)。XRD、HRTEM、H2-TPR和XPS表徵結果表明：金屬態的金納米粒子高度分散在載體上，粒徑大小為3-5 nm。CeO2的加入不僅可以提供反應所需的活性氧，而且還起到了穩定金粒子的作用。納米金粒子與高度分散的CeO2之間存在的強相互作用促進了CeO2的還原，這可能對Au/CeO2/Al2O3催化劑的低溫催化活性起著重要的作用。原位DRIFTS研究結果表明，在NO和O2共存條件下，有NOy（y≥2）物種檢出；在C3H6和O2共存條件下，有甲酸鹽和乙酸鹽物種檢出；在反應氣氛下出現-NCO和-CN物種。Au/CeO2/Al2O3上丙烯選擇還原NO反應的可能機理為：在氧氣作用下，C3H6和NO首先經歷部分氧化，分別形成包括甲酸鹽、乙酸鹽在內的CxHyOz和NOy（y≥2）等表面吸附物種，然後CxHyOz物種再與NOy物種形成含-NCO, -CN等基團的CaHbOcNd中間體，此類中間體再與NO2或（NO+O2）反應生成最終產物N2，H2O和CO2。