燃料电池被认为是未来重要的能源设施，因此作为针对燃料电池制氢的重要反应—水煤气变换反应(WGSR)又成为了研究热点。水煤气变换反应是富氢燃料气体处理、净化过程的重要组成部分，不仅可将重整尾气中10～16％CO的浓度降低到1％以下，而且可以将这部分CO转化成H2，进一步提高燃料电池系统的效率。负载型Pt基催化剂是最具应用潜力的一种新型水煤气变换催化剂，引起国内外研究者的广泛关注。其中Pt/TiO2和Pt/CeO2催化剂具有活性高、稳定性好等特点，颇具研究价值。
针对燃料电池制氢需要解决的核心问题是小型化，变换反应器的体积约占碳氢化合物重整制氢系统体积的三分之二，所以变换反应器的小型化至关重要。本工作探索变换反应器小型化的新途径，研究其中的核心技术。本文采用两种模板法分别制备大孔Pt基催化剂和整体式Pt基催化剂，以XRD、TPR、HRTEM、SEM、TG等表征方法对所制备的催化材料进行表征，研究了催化剂性能和结构与性能的关系。主要结果如下：
三维有序大孔(3DOM)Pt/TiO2催化剂在3％CO，10％H2O，87％N2的气氛中在180～360℃温度区间具有很高的活性，在60,000mL·g-1·h-1空速下在250℃时达到平衡转化率，与相同组成的颗粒和介孔催化剂相比，大孔3DOM Pt/TiO2催化剂表现出更好的催化性能；Pt/TiO2催化剂反应过程中的活性组分是金属Pt纳米粒子；Pt粒子烧结是Pt/TiO2催化剂失活的原因；王水处理后催化剂的单位表面金属Pt上的CO转化率升高，在Pt/TiO2催化剂上的WGSR是个对金属铂结构敏感的反应；通过TPR和HRTEM知道助剂CeO2通过改变载体与活性组分之间的相互作用来提高催化剂活性。3DOM是实现小型化的途径。
采用反相浓乳液法以聚苯乙烯为模板制备了大孔-整体式Pt/CeO2/Al2O3催化剂。通过SEM可以看到孔径在5～50μm的不规则大孔，孔径大小可以通过改变分散相体积分数和表面活性剂数量来改变。在模拟重整气条件下的性能测试结果显示，在低温区(180～300℃)单位体积单位时间大孔-整体式Pt/CeO2/Al2O3催化剂上CO的转化量显著高于催化剂上CO转化量。通过比较我们可以发现整体式催化剂在低温区(180～300℃)具有体积小、活性高的特点。将催化剂研制为大孔结构-整体式是实现WGSR反应器体积小型化的很有前景的途径。
- 作 者：
- 梁皓
- 学科专业：
- 工业催化
- 授予学位：
- 博士
- 学位授予单位：
- 天津大学
- 导师姓名：
- 刘源
- 学位年度：
- 2009
- 研究方向：
- 语 种：
- chi
- 基金项目：
