《表面Cu(0)/Cu(I)比例可控的核殼結構銅基CO2加氫催化劑的研究》是依託四川大學，由岳海榮擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：表面Cu(0)/Cu(I)比例可控的核殼結構銅基CO2加氫催化劑的研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：岳海榮
- 依託單位：四川大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
CO2催化加氫制低碳醇是CO2資源化利用的重要途徑之一。針對銅基催化劑在高溫催化加氫等許多工業過程普遍面臨的銅晶粒遷移、燒結和銅活性組分價態不穩定引起失活這一核心科學問題，本研究提出採用水熱合成和模板劑等方法，構築表面不同價態銅活性組分穩定及比例可控的殼核結構，通過研究催化劑組成、結構特徵及活性位形成機制，調控銅基催化劑的形貌結構和表面Cu(0)和Cu(I)活性位的分布，研究核殼結構銅催化劑在CO2加氫反應的構效關係，弄清催化劑在反應過程中的組織結構和活性位變化規律，確定影響加氫反應催化劑穩定性的主要因素，探明銅基催化劑高溫失活機理。擬採用材料製備到構效關係研究再反饋到製備過程的技術路線，指導合成適用於高溫、具有雙價態銅活性位高效穩定的核殼銅催化劑，從而解決加氫反應銅活性組分燒結和價態不穩定的問題。本研究不僅將拓展CO2加氫反應過程高效穩定銅催化劑的研究，也為常規材料功能化利用提供新途徑。
結題摘要
CO2催化加氫制低碳醇是CO2資源化利用和氫氣化學儲存的有效技術，此技術的核心是高效催化劑的開發。廣泛研究的銅基催化劑在高溫加氫反應過程中存在銅晶粒遷移、燒結引起失活和銅活性組分價態不穩定、不同價態銅活性中心作用不明確等問題。項目針對銅基催化劑在CO2加氫反應中不同價態銅活性中心作用不明確的關鍵科學問題，採用蒸氨沉積沉澱和納米組裝的方法合成特殊性質和形貌的氧化物、矽酸鹽等材料，開發出低成本、合成操作簡單的銅基納米催化劑，並對催化劑的表面物化性質，活性位分布的調控和活性中心作用原理等進行了探索。研究對高效穩定的CO2催化加氫銅基催化劑可控制備提供研究基礎，為進一步探索其它催化加氫體系，尤其是需要穩定的Cu+和Cu0活性位比例的催化加氫體系提供了思路。 首先探討了銅矽催化劑的多價態活性位的形成機制與作用原理，採用蒸氨法製備含有層狀矽酸銅和氧化銅的雙活性組分Cu/SiO2催化劑，並對其表面物化性質進行了系統表征，探究催化劑物化性質與CO2加氫制甲醇反應的構效關係。結果表明，催化劑中形成的層狀矽酸銅和納米氧化銅兩種銅物種，可分別被還原為穩定的Cu+和Cu0活性位。銅氨摩爾比的調變，能有效調控催化劑表面的Cu+/ Cu0比例，在CO2加氫制甲醇反應中，Cu+為主要活性位，適當的Cu+/( Cu0+ Cu+)比例對反應起著重要作用，Cu+和Cu0的協同效應促進CO2加氫反應生成甲醇。 採用納米構築合成了樹枝狀核殼結構銅矽催化劑進一步提高銅矽催化劑在CO2加氫反應中的反應穩定性能，通過改變CNT外鞘層的包覆厚度和氧化銅負載量，對催化劑表面Cu+和Cu0活性組分的比例進行了調控，研究了銅基催化劑的微觀結構、銅活性位比例Cu+/Cu0，及CNT助劑摻雜對二氧化碳加氫反應催化性能的影響規律。研究結果表明，該催化劑製備方法能夠有效的分散和固定銅物種，可控調變表面Cu0和Cu+活性位，二氧化碳加氫制甲醇反應具有較優的甲醇轉化效率和穩定性能。
