CO优先氧化高效纳米复合催化剂的构建和性能调控

Fabrication and preparation of efficient catalyst for CO preferential oxidation is of great significance for the further application of polymer−electrolyte membrane fuel cell. However, the fact like poor stability at the atmosphere of CO2 and H2O has been the bottleneck to industrialize Pd-based catalyst although it has good low-temperature activity. In this proposal, a layer of CeO2 is synthesized controllable over carbon nanotube supported Pd catalyst to inhibit the aggregation of noble metal nanoparticles in the reaction. The metal-support interaction between the CeO2 membrane and Pd particles will also strength CO oxidation. By employing in-situ technology and molecular simulation, the competitive adsorption of CO, CO2 and water in the reaction will be studied experimentally and theoretically, the intrinsic mechanism as well. This provides a theoretical guidance to understand the relationship between the thickness of CeO2 membrane, the aggregation of noble metal particles and metal-support interaction, and the capacity to resist CO2 and water in CO preferential oxidation. The success of above mentioned research can give further support for the structure optimization and performance promotion of noble metal nanocatalysts.

CO优先氧化高效催化剂的设计与制备对质子交换膜燃料电池的广泛应有具有重要的意义。目前以Pd为代表的贵金属类催化剂虽然表现出良好的活性，但在含有水和CO2 的气氛下稳定性较差，成为制约此类催化剂应用的瓶颈问题。本项目拟以碳纳米管负载的纳米Pd催化剂为研究对象，通过对其上包覆CeO2膜层的可控制备，以阻止贵金属颗粒在反应中的团聚，并利用金属氧化物膜与Pd颗粒之间的协同作用进一步促进反应的进行。同时结合对反应过程CO与水、CO2竞争吸附及催化剂失活机理的原位实验及理论分析，建立CeO2膜厚度-催化剂上贵金属颗粒团聚及其相互作用-催化剂抗CO2和H2O优先氧化活性和稳定性三者之间的关系，以期指导催化剂的结构优化。本项目的实施将为贵金属纳米催化剂的性能改进提供一条新的研发思路。

CO优先氧化高效催化剂的设计与制备对质子交换膜燃料电池的广泛应有具有重要的意义。本项目以碳纳米管负载的纳米Pd催化剂为研究对象，通过对其上包覆CeO2膜层的可控制备，以阻止贵金属颗粒在反应中的团聚，并利用金属氧化物膜与Pd颗粒之间的协同作用进一步促进反应的进行，建立了CeO2膜厚度-催化剂上贵金属颗粒团聚及其相互作用-催化剂稳定性三者之间的关系并指导催化剂的优化设计，取得的主要研究成果如下：.1.提出了表面Pd原子和Pd−Ce界面处原子数量的计算模型，阐明了不同位置Pd原子对反应活性的贡献，揭示了CeO2纳米管厚度对催化剂活性和稳定性的影响规律。.2.掌握了CO低温氧化过程Pd离子的结构转化机制、CO吸附和O2解离发生的路径。探析了Pd-Ce相互作用对反应过程的影响，揭示了其中的反应机理。.3.设计了镶嵌型Pd/CeO2纳米片催化剂，分析了高活性PdOx(s)/Pd-O-Ce(s)团簇的形成机制及催化作用，实现了高效钯铈催化剂的优化制备。.4.在项目的资助下，已在IECR、Catal. Sci. Technol.等期刊发表高质量SCI论文4篇，其中3篇当选为封面文章，授权专利3项，另有2篇文章已投稿。共培养博士研究生2名，资助研究生或课题组其他成员参加国内/际学术会议多人次。