大气压DBD冷等离子体制备金基双金属催化剂及其机理研究

Cold plasma is highly efficient for preparing high performance supported metal catalysts. However, it is often operated at low pressure and the preparation mechanism of cold plasma is still unclear. In this project, atmospheric-pressure dielectric barrier discharge cold plasma will be applied to prepare supported Au-based bimetallic (Au-Ag or Au-Cu) catalysts using the mixture of Ar and H2 as working gas and the preparation mechanism will be disclosed. In situ optical emission spectroscopy will be adopted to investigate the key active species during the preparation process and the plasma parameters such as electron temperature and electron density will also be analyzed. Experimental characterization and density functional theory (DFT) calculation will be employed to investigate the formation of Au-Ag or Au-Cu nanoparticles, and the structure and properties of the supported Au-based bimetallic catalysts will be investigated. Based on the results of optical emission spectra, experimental characterization and DFT calculation, the preparation mechanism will be disclosed. According to the preparation mechanism, the relation between the key active species, the plasma parameters and the structure and properties of the catalysts will be further investigated and facile, green and controllable fabrication of high performance supported Au-based bimetallic catalysts will be achieved. This will also provide important scientific bases for preparing other high performance supported metal catalysts.

冷等离子体是一种制备负载型金属催化剂的有效方法，但其通常在低气压下进行，且对冷等离子体制备机理认识较为模糊。本项目拟采用大气压DBD冷等离子体，以Ar和H2的混合气体为工作气体，制备负载型金基双金属（Au-Ag或Au-Cu）催化剂并研究其制备机理。采用发射光谱原位诊断技术，探明制备过程中各关键活性物种的种类和数密度，获得电子温度和电子密度等等离子体参数。采用催化剂结构表征与性能测试和密度泛函理论计算相结合，研究金基双金属纳米粒子的形成过程，并探明催化剂结构与性能的关系。结合发射光谱原位诊断研究、催化剂表征和密度泛函理论计算，揭示制备机理，并进一步研究等离子体中关键活性物种和等离子体参数与催化剂结构和性能的关系，实现高性能负载型金基双金属催化剂结构的简单、绿色、可控制备，也为其他负载型双金属催化剂的大气压冷等离子体制备提供重要科学依据。

冷等离子体是一种制备负载型金属催化剂的有效方法，但其通常在低气压下进行，且对冷等离子体制备机理认识较为模糊。本项目采用大气压DBD冷等离子体，开展了高性能金和钯基催化剂可控制备及其机理研究工作。采用大气压DBD冷等离子体获得了高性能的CO催化氧化金催化剂，获得了最佳二氧化钛载体晶相比例，揭示了等离子体对金催化剂结构的调控机制，探明大气压冷等离子体制备金催化剂属于金前驱体分解而非还原机制。为此，为深入研究大气压冷等离子体强化制备金属催化剂的机理及其结构调控机制，采用大气压DBD冷等离子体，开展了高性能CO氧化Pd/FeOx催化剂、高性能Pd/C甲酸脱氢催化剂，以及PdCu双金属催化剂制备及机理研究工作，初步实现了高性能单金属和双金属纳米粒子结构的冷等离子体可控制备。为进一步研究大气压DBD冷等离子体还原机理，开展了大气压醇冷等离子体制备金属催化剂和气-液冷等离子体放电及应用研究。采用醇代替氢气作为氢源，开展了大气压DBD冷等离子体还原金属离子和制备金属催化剂的研究，并结合发射光谱原位诊断技术对冷等离子体还原机理进行了分析，进一步证实了活性氢物种还原机制，拓展了大气压冷等离子体范围，增强了制备催化剂的性能。采用大气压气-液冷等离子体，以硝酸铜水溶液为反应物，探讨了大气压冷等离子体还原机制，制备了具有高吸附能力的碱式硝酸铜纳米片。最后，对大气压DBD冷等离子体调控制备负载型单金属和双金属催化剂的物理化学影响机制进行分析和揭示，初步实现了高性能负载型单金属和双金属催化剂结构的简单、绿色、可控制备。