[发明专利]液相还原法合成形貌可控的用于CO优先氧化反应CeO2/Cu2O新型催化剂

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于CO优先氧化的CeO₂/Cu₂O新型催化剂和液相还原合成方法，特别是用于CO优先氧化的CeO₂/Cu₂O催化剂的载体Cu₂O呈星型、空心球和多面体结构。

背景技术

氢能是一种理想的清洁能源，质子交换膜燃料电池(PEMFC)作为氢能的理想转化装置之一，具有效率高、污染低等优势。原料气经过水煤气变换之后中仍含有0.5％～2％CO，会造成Pt电极中毒，因此富氢气体中CO的含量必须控制在10ppm以下。

优先氧化被认为是将富氢气中CO的含量减少到10^-6级的最有效和最简便的方法之一。目前用于CO-PROX的催化剂主要有贵金属和非贵金属两类。贵金属催化剂如Pt、Au等具有良好的催化性能，但其昂贵的价格和较低的抗H₂O和CO₂中毒能力局限了其应用。非贵金属催化剂如Cu、 Co、Fe、Zn和Mn等催化剂的研究较为广泛。其中，CuO-CeO₂催化剂价格低廉、CO氧化效果好、选择性高、抗CO₂和水的能力强等优点颇具应用前景，有望代替贵金属催化剂。

据Barrio等报道，CeO₂/CuO-Cu催化剂，实现了温度和活性在一定条件下的相互促进，在CeO₂/CuO中掺杂铜单质，Cu⁺和Ce³⁺量增加，活性位点增多。Brian White等将Cu₂O负载在硅胶上用于CO氧化，提出CO 氧化的活性位点为Cu²⁺和Cu⁺的混晶。Cu₂O负载在硅胶上制得的催化剂具有较高的低温催化活性和稳定性。Sun等研究了Cu₂O(111)CO氧化的反应机理，提出不同于传统的Mars-van Krevene机理，即CO和Cu₂O (111)表明的吸附O而不是晶格O反应生成CO₂。Chen Leng等合成了一系列高晶面指数的多晶体，比较不同晶面的Cu₂O对于CO氧化的活性。50-面多晶体具有高晶面指数(311)，较低的表面能，表现出较高的CO催化活性。2013年，Kim等合成了立方体和八面体的Cu₂O，探究了形貌和不同铈负载量对于CeO₂-Cu₂O催化剂用于CO-PROX活性的影响。立方体 Cu₂O负载较高含量的CeO₂，有更多的Cu-O-Ce活性位点，更容易被激活，有利于CO的吸附氧化。2014年，Huizhi Bao等分别以立方体和八面体Cu₂O 为模板，合成CeO₂@Cu₂O核壳结构用于CO氧化，研究表明以八面体Cu₂O 为模板合成的CeO₂@Cu₂O催化剂具有更高的CO催化活性。

发明内容

本发明目的是为了提供一种用于CO优先氧化的形貌可控的 CeO₂/Cu₂O新型催化剂，其原料价格相对较低，制备过程简单易行，且具有较好的CO转化率和选择性。

本发明所提供的技术方案是：一种用于CO优先氧化的CeO₂/Cu₂O新型催化剂，所述催化剂Cu₂O载体为星型、空心球型和多面体型。

进一步的，所述用于优先氧化CO的CeO₂/Cu₂O催化剂中CeO₂为5-10 nm小颗粒。

进一步的，所述用于优先氧化CO的CeO₂/Cu₂O催化剂中Cu₂O为1-3 μm的大颗粒载体。

本发明主要包括优先氧化CO的CeO₂/Cu₂O催化剂制备、表征和催化剂反应评价等步骤。以下为本发明的操作步骤及原理性说明：

1)配制0.68mol·L^-1CuSO₄溶液，备用；