高比表面积碳化硅的合成及其在CO氧化反应中的应用

摘要

碳化硅(SiC)具有热稳定性高、导热性能好及机械强度高的特点，在陶瓷、金属复合材料、半导体材料及耐磨材料中有着用广泛的应用。近年来，将碳化硅作为催化剂载体应用于一些重要的化学，并显示出许多优越性。但是这些反应的效果还不理想，其中重要的因素之一是所用碳化硅载体的比表面积较低(只有20-60 m2/g之间)。因此，合成新型的高比表面积的SiC载体具有重要的意义。本研究以蔗糖为碳源，正硅酸乙酯(TEOS)为硅源，草酸为TEOS水解的催化剂，硝酸镍为碳热还原反应催化剂，采用溶胶凝胶法制备碳化硅前驱体，在惰性气氛中对前驱体进行碳热还原来合成高比表面积碳化硅。用XRD、IR、FEM和低温N2吸附-脱附等手段对合成的样品进行表征，优化合成条件。将所合成的具有不同比表面积的碳化硅作为载体，负载上活性组分Pt，考察它们对CO氧化的催化性能，筛选出适合于CO氧化反应的碳化硅载体。考察了各种制备因素对Pt/SiC催化剂活性的影响。取得了以下研究结果： 1．在碳化硅前驱体的制备及其碳热还原反应研究中发现：未添加镍催化剂的前驱体在1500℃下碳热还原生成碳化硅的比表面积可达157 m2/g，孔径分布较宽；在前驱体制备过程中加入镍催化剂后，不仅可以缩短形成凝胶的时间，还可以降低碳热还原温度。且添加镍催化剂前驱体制备的碳化硅晶粒尺寸增大，比表面积有所降低。 2．调节镍催化剂的用量合成出不同比表面积的碳化硅，并以CO氧化反应作为模型反应，研究以碳化硅为载体的Pt/SiC催化剂对CO氧化反应的催化性能。研究发现，载体的比表面积越大，催化剂的活性越高。考察了活性金属负载量、催化剂的焙烧温度对催化剂活性的影响时，发现当Pt的负载量为2wt％，焙烧温度为500℃时，催化剂的催化活性较高。且催化剂具有较好的活性稳定性。 3．在考察助剂对催化剂活性影响的研究中发现，过渡金属助剂(Fe、Co、Ni)可以显著提高催化剂的活性，且Fe的助催化效果最好。且催化剂的制备方法对催化剂活性也有较大影响，以共浸渍法制备的催化剂活性优于分步浸渍法制备的催化剂。以共浸渍法制备的催化剂为研究对象，研究Fe助剂的用量对催化剂活性的影响，发现，当Fe助剂的负载量为2wt％时，催化剂的催化活性最高。若进一步提高Fe的负载量，催化剂活性不再有明显提高。对Pt-Fe/SiC催化剂进行一系列的分析表征，结果表明：Fe助剂的加入提高了活性组分Pt在载体表面的分散度，并与Pt产生了一定的相互作用，从而提高催化的活性。 4．在对以稀土氧化物CeO2作为助剂的Pt/SiC催化剂研究中发现，CeO2助剂的添加可以显著提高催化剂的活性，CeO2的助催化性能优于过渡金属助剂。且当CeO2的负载量为8wt％时，催化剂活性最高。催化剂活性提高主要是由于CeO2的加入提高Pt在催化剂表面得分散度，且与活性组分Pt产生一定的相互作用的缘故。

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摘要

中文文摘

第1章绪论

1.1催化化学在国民经济中具有十分重要的意义

1.2催化剂载体

1.3碳化硅的性质

1.4 CO氧化催化剂的研究概况

1.5本研究设想

第2章实验方法

2.1 实验试剂

2.2 仪器及测试方法

2.3 实验内容

第3章SiC载体的合成与表征

3.1前言

3.2 SiC的制备

3.3结果与讨论

3.4本章小结

第4章Pt/SiC催化剂对CO氧化反应的性能

4.1前言

4.2催化剂的制备

4.3结果与讨论

4.4样品的XRD谱图

4.5催化剂的活性稳定性评价

4.6本章小结

第5章过渡金属对Pt/SiC催化剂上CO氧化性能的影响

5.1前言

5.2催化剂的制备

5.3结果与讨论

5.4本章小结

第6章CeO2修饰的Pt/SiC催化剂在CO氧化反应中的性能

6.1引言

6.2催化剂的制备

6.3结果与讨论

6.4本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢

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