等离子体制备高性能太阳能催化活性吸收体研究

通过热化学转化将太阳能转化为化学能，可以实现太阳能的保存和远距离输送。容积式光集热反应器能较好的应用于太阳能热化学转化，关键是开发高效稳定的太阳能催化活性吸收体。针对催化活性吸收体积碳及热稳定性问题，本项目在催化活性吸收体的制备过程中引入等离子体技术。其技术方案为，以泡沫陶瓷为太阳能吸收体，涂覆一定厚度的载体（γ-Al2O3或者Ni/MgO），再浸渍活性组分Ni，利用等离子体焙烧和还原催化活性吸收体，并以甲烷二氧化碳重整为模型反应，考察催化活性吸收体性能。主要研究内容是，通过等离子体参数(放电强度、工作气体组分、作用时间等)的变化，利用等离子体的热效应和化学效应调控催化组分团簇尺度和分散性，改善催化活性吸收体的性能。研究目的是制备出一种高性能的太阳能甲烷二氧化碳重整制合成气的催化活性吸收体。本研究一旦取得突破，可以从理论和方法上拓展等离子体制备催化剂技术。

本项目的主要研究内容为利用等离子体技术还原制备催化剂，使其在应用聚光太阳能直接作用于高吸热的煤-水或甲烷-二氧化碳催化转化中具有高活性，以达到通过热化学反应直接实现将太阳能转化为化学能的目的。.已完成的研究工作主要包括;建立了一套2000W 氙灯模拟太阳光的容积式光集热反应系统，利用该系统实现了500cm3反应器体积升温到800摄氏度的反应条件；建立了利用反常辉光放电产生氢等离子体还原催化剂装置；以及在上述两套装置进行了一系列的科学实验。.通过筛选多种催化剂前驱体制备方法，最终得到由浸渍法制备的Ni(wt12%)/Mg(2%)/.γ-Al2O3催化剂和由 在载体上原位合成的Ni(wt12%)/Mg(2%)/γ-Al2O3类水滑石结构催化剂经等离子体还原后具有比传统方式还原更高的吸收催化活性和抗积碳能力。结合XRD、SEM和光电子能谱表征，分析了所观察现象发生的机制。主要是氢等离子体具有超强的还原能力，催化剂还原时间短、温度低，避免了催化活性位的团聚，能实现催化剂活性组分团簇尺度更小和分散性更均匀。这些发现和分析拓展了等离子体制备催化剂技术理论和方法上。.研究成果发表于国内外相关SCI和EI期刊,累计影响因子大于30，被SCOPUS期刊引用百次以上。培养博士2名，硕士4名。