近年来由甲醇大规模制取氢气应用于氢燃料电池已成为一个热门的课题。甲醇制氢传统途径是在Cu基催化剂(主要为Cu/ZnO/Al2O3)表面发生水气重整，但由于其吸热反应的缺点，启动较慢，需较高的反应温度，不符合能源利用要求，从而限制了其发展开发。最近甲醇部分氧化制氢这一放热反应由于能解决上述矛盾而受到重视。Cu/ZrO2二元催化剂因具有较高的稳定性，较好的Cu分散度和被还原性而在甲醇水汽重整中受到关注。本论文在基于甲醇水气重整的Cu基催化剂的基础上重点考察Cu/ZrO2催化剂在催化甲醇部分氧化制氢中的行为，并考虑了金属铜表面，晶粒大小等微观结构对催化性能的影响。主要结果如下:
（一）考察了不同的Cu基催化体系催化甲醇部分氧化制氢中的活性:通过传统的碳酸钠水溶液沉淀法制备了Cu/Zr, Cu/Zn，Cu/Ce，Cu/Cr催化剂，533K下Cu/Zr催化体系催化的甲醇转化率可以达到97.7％，氢气选择性超过90％，尾气中CO含量低于1.6％，在相同条件下具有最好的催化活性。Cu/Zr体系的优异活性可以归结为Cu物种的存在形式和无定形态的载体对Cu颗粒的分散与稳定作用。
（二）考察了草酸根的引入对催化活性和催化剂微观结构的影响:通过草酸钠改性的催化剂与传统沉淀剂制备的Cu/ZrO2催化剂进行活性对比，发现草酸钠改性的催化剂活性优于未经草酸钠改性的催化剂，在513K时甲醇转化率就可达到91.7％，并可显著提高氢气选择性。NaOH沉淀制备的样品在反应前XRD中显示出较为明显的斜方相ZrO2，由草酸盐改性的样品中ZrO2都呈无定形态，进一步肯定了无定形态的载体对Cu物种的分散和稳定的作用。草酸根、碳酸根的体积比氢氧根大，在焙烧分解时能产生较大的空穴和缺陷可能是促使ZrO2呈无定形态并使Cu较好分散的原因。
（三）进一步研究了由草酸钠改性制备的不同Cu/Zr原子比例的催化剂的活性的差异以及微观结构变化的影响，结果发现Cu/Zr原子比为2∶3的催化剂表现出最佳的催化性能，513K时尾气中CO含量在1％以下，而其余的在甲醇转化率高于90％时尾气中CO含量均高于1.5％，并且该比例下的催化剂经历200h寿命测试催化后仍不失活。XPS表征发现有一定量的Cu+的存在。同时发现ZrO2对Cu有很好的抗烧结作用，高温焙烧ZrO2逐渐由无定形态到斜方相最终转化成立方相，其表面的Cu嵌入结晶态的ZrO2晶格中，导致催化剂的失活。
- 作 者：
- 陈宏伟
- 学科专业：
- 物理化学
- 授予学位：
- 硕士
- 学位授予单位：
- 复旦大学
- 导师姓名：
- 戴维林
- 学位年度：
- 2008
- 研究方向：
- 语 种：
- chi
- 基金项目：
