Co/ZrO_(2)催化乙醇重整制氢及催化机制研究

作     者：李莉 李瑞玲 许俊杰 刘义 鲁礼林 Li Li;Li Ruilin;Xu Junjie;Liu Yi;Lu Lilin

作者机构：武汉科技大学化学与化工学院省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室煤转化与新型炭材料湖北省重点实验室湖北武汉430081 

出 版 物：《稀有金属》 (Chinese Journal of Rare Metals)

年 卷 期：2023年第47卷第12期

页      面：1726-1736页

核心收录：

学科分类：081704[工学-应用化学] 07[理学] 070304[理学-物理化学(含∶化学物理)] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 0703[理学-化学] 

基　　金：国家自然科学基金项目(21671154,U1732147) 煤转化与新型炭材料湖北省重点实验室开放基金项目(WKDM202210)资助 

主　　题：钴催化剂 氧化锆 乙醇重整(ESR)制氢 催化机制 

摘      要：通过溶剂热法合成了晶相组成和微观形貌不同的氧化锆并以其为载体制备了负载型Co/ZrO_(2)催化剂(Co/ZO_(M)和Co/ZO_(W)),利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、N_(2)吸附-脱附和电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)分别表征了催化剂晶相组成、微观形貌、表面孔径及钴金属的负载量,使用X射线光电子能谱(XPS)表征了催化剂表面元素的电子态并探讨了载体与负载钴金属催化剂间的相互作用,通过H_(2)程序升温还原(H_(2)-TPR)、NH_(3)/CO_(2)程序控温脱附(NH_(3)/CO_(2)-TPD)研究了催化剂活性位点的还原性能以及反应物种的吸附,测试了催化剂催化乙醇重整(ESR)制氢性能,并利用原位漫反射红外光谱(in situ DRIFTS)研究了催化反应机制。XRD和SEM结果表明,Co/ZO_(M)催化剂载体为四方相氧化锆(t-ZrO_(2)),呈光滑致密的球形颗粒形貌;而Co/ZO_(W)催化剂载体为单斜相氧化锆(m-ZrO_(2)),表面多孔、颗粒形状不规则;Co/ZO_(W)催化剂比表面积明显高于Co/ZO_(M)催化剂。NH_(3)/CO_(2)-TPD结果显示,在Co/ZO_(W)表面反应物吸附强度适中,CO_(2)吸附强度较弱,而Co/ZO_(M)对反应物和产物均能形成较高强度的吸附。在催化ESR反应中,Co/ZO_(W)催化性能明显优于Co/ZO_(M),乙醇转化率和氢气选择性分别达到100.0%和81.8%,并具有更高的催化耐受性,热重-差热分析仪(TG-DSC)结果显示Co/ZO_(W)催化剂表面积炭程度明显低于Co/ZO_(M)催化剂。in situ DRIFTS结果表明,Co/ZO_(W)具有更高的C-C键裂解能力和催化乙醇氧化脱氢性能,而Co/ZO_(M)催化剂有利于形成乙醛和丙酮等副产物导致ESR产氢效率相对较低。