乙醇水蒸气重整制氢反应Au-Ni合金催化剂的制备及机理研究

氢能是极富前景的清洁能源，而乙醇水蒸气重整制氢是氢能开发中的研究热点。Ni基催化剂在该反应中活性高，但产物中CO，CH4含量较多，选择性不理想、积炭严重，易烧结。纳米尺寸的Au（≤5nm）低温下催化性能优异，故本项目采用Au-Ni合金催化剂，借助合金的强协同作用及其整体电子结构的改变来提高催化性能。Au-Ni合金催化剂制备较困难（因Au、Ni还原性能的较大差别和低温不溶性），催化剂合成至关重要。本项目将着重考察制备方法、合成条件、载体等对催化剂能否成功合成及其性能的影响，并利用XRD、XPS、TPR、原位Raman、原位FT-IR等技术手段考察乙醇和水在Au-Ni合金催化剂上生成氢气的活性中心和活化模型，考察催化剂活性与结构适应关系，阐明催化剂上各组分之间的协同作用及乙醇水蒸气重整制氢的反应机理。为进一步开发该反应的工业催化剂提供理论和实践基础，丰富催化基础理论。

本项目针对乙醇水蒸气重整制氢反应和镍基催化剂的特点，结合前人的研究成果和课题组的前期工作基础，选用不同的前驱体，载体和预处理方法，并通过添加助剂，采用等体积浸渍法制备了一系列镍基催化剂。考察了前驱体（硝酸镍，柠檬酸镍，乙酸镍，镍的EDTA盐），载体（SBA-15，MCM-41和微球硅胶）和助剂Au等对镍基催化剂在乙醇水蒸气制氢反应中催化性能的影响。在此基础上，进一步考察镍的负载量，助剂的添加量和前处理方法等因素对镍基催化剂催化乙醇水蒸气重整制氢反应的影响；同时，考察了反应条件（反应温度和水醇比）对镍基催化剂在乙醇水蒸气重整制氢反应中催化性能的影响，并对催化剂的稳定性进行了考察。利用H2-TPR 、N2 吸脱附、XRD、 TEM等技术对催化剂的物理化学性质进行了细致表征，探讨其与催化性能的关联。.研究表明，多孔SiO2材料（如SBA-15和微球硅胶）是乙醇水蒸气重整制氢反应中镍基催化剂的良好载体材料，柠檬酸镍是优异的前驱体。硝酸镍前驱体制备催化剂（Ni/SBA-15-N）时，Au的添加有利于细化NiO晶粒和加强其与载体SBA-15之间的相互作用，从而有效改善了Ni/SBA-15-N催化剂在乙醇水蒸气重整制氢反应中的催化性能；以柠檬酸镍为前驱体制备的催化剂上NiO晶粒细小，与载体的作用强烈，在催化反应中表现出优异的催化活性和稳定性。微波加热制备催化剂的方法的开发则极大地简化了工序和节省了时间。.已发表学术论文7篇，其中SCI 收录4篇，EI收录2篇；培养博士研究生1名，硕士研究生3名（2名已毕业，1名在读）。