Cu/Al2O3/ZnO(0001)-Zn和Cr2O3/ZnO(0001)-Zn模型催化剂的构筑与表征

作     者：宋艳英 

作者单位：厦门大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈明树

授予年度：2017年

学科分类：081705[工学-工业催化] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

主      题：Cu/Al2O3/ZnO(0001)-Zn Cr2O3/ZnO(0001)-Zn XPS&LEIS 

摘      要：催化剂的表面组成和结构(几何结构和电子结构)对其催化性能有显著影响。但真实多相催化体系比较复杂,很多表面灵敏表征手段无法直接应用。因此构筑结构明确均一的模型催化剂体系是深刻理解催化剂活性中心本质和催化反应机理的一种重要方法。铜基催化剂(Cu/AlO/ZnO)是甲醇合成反应的工业催化剂,但目前对于该反应的活性位及机理的争论还比较多,而且大量研究主要集中在Cu/ZnO二元组分间的相互作用,缺乏对AlO的深入认识。本论文工作分别构筑了Cu/ZnO(0001)-Zn,AlO/ZnO(0001)-Zn,Cu/AlO/ZnO(0001)-Zn,Cu/AlO/ZnO(0001)-Zn等二元和三元模型催化剂,并对其氧化还原性能进行了X-射线光电子能谱(XPS)及低能离子散射谱(LEIS)的分析。结果显示,Cu在ZnO(0001)-Zn单晶表面先以二维岛状生长随后开始三维岛状生长,AlO在ZnO(0001)-Zn表面以层层生长的模式进行生长,Cu首先高度分散在AlO膜上随后开始三维岛状生长。对于三元Cu/AlO/ZnO(0001)-Zn体系,Cu主要沉积于AlO/ZnO(0001)-Zn的界面处,且AlO越多,Cu越难还原为CuO,在还原过程中ZnOx会将Cu部分包覆起来,因此我们推测在H2还原后Cu基催化剂的活性位包含有Cu+。CrO-ZnO催化剂在费托合成中具有很高的活性及对低碳烯烃的选择性。目前对于CrO/ZnO催化剂表面组成及其相互作用的认识还不够清楚,论文工作拟在ZnO(0001)-Zn单晶表面上制备出较均一的铬氧化物模型催化剂,并对其氧化还原性能进行了探究。结果显示,CrO在ZnO(0001)-Zn单晶表面上首先可以二维岛状生长到0.4个单层,随后开始三维岛状生长。在本实验条件下,Cr可以稳定存在于催化剂表面,氧化时只能部分被氧化至Cr,纯H不能将Cr还原至Cr0,在氧化还原过程中CrO/ZnO(0001)-Zn膜表面没有发生明显的团聚或收缩,可能发生了结构重整。