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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:余明璋
論文名稱:以金觸媒在富氫的燃料下行一氧化碳選擇氧化
論文名稱(外文):Selective CO oxidation in a hydrogen-rich fuels over Supported Au catalysts
指導教授:黃大仁黃大仁引用關係
學位類別:碩士
校院名稱:國立清華大學
系所名稱:化學工程學系
學門:工程學門
學類:化學工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
中文關鍵詞:金觸媒富氫的燃料一氧化碳選擇氧化導氧離子材料SDC
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本論文是利用具氧空洞之氧化釤添加氧化鈰(簡稱SDC)及
γ-Al2O3當載體,以沉澱沉積法(簡稱DP method)製備奈米金觸媒,經由60℃乾燥處理後完成新鮮觸媒。在反應條件為進料CO/O2/H2=1/2/97之情況下行一氧化碳選擇氧化,觀察CO轉化率及氧氣選擇率;其實驗結果得知當金顆粒大小越小(小於5 nm)其反應活性越好,證明CO氧化為一結構敏感型反應。然而以Au/SDC系列觸媒時,其載體本身之特性具有氧空洞,在氧氣吸附測試實驗得知,氧氣不止吸附於活性金屬Au上,亦可吸附於金與SDC間界面活性位,造成活性的大幅提升,並經由計算得活性金屬Au活性表面積及金之顆粒數與活性之間的關係,更加證明了活性金屬及載體間界面活性位對於此反應活性的影響極大;此界面活性位越多,則CO轉化率就越高,活性就越好。接著將進料中氧氣濃度減少,在 CO與H2競爭反應,發現在氧氣吸附活性位減少時,CO具有較大的氧化活性,使觸媒具有較佳的氧氣選擇率。相對地以γ-Al2O3當載體則不具備上述特性,故由上述實驗結果評估在低溫時,Au/SDC系列觸媒對於CO氧化活性較好,在經濟考量下,的確有應用價值的材料。

. 目錄
壹 前言………………………………………………………………..1
貳 文獻回顧…………………………………………………………..3
2-1 燃料電池簡介………………………………………………….3
2-2 CO氧化………………………………………………………….6
2-3 材料的選擇…………………………………………………..10
2-4 導氧離子材料………………………………………………..13
參 研究方法………………………………………………………….15
3-1 藥品簡介……………………………………………………..15
3-2 觸媒製備方法………………………………………………..16
3-3 儀器簡介………………………………………………………19
3-3.1 活性測試步驟……………………………………………..21
3-3.2 數據處理…………………………………………………..22
3-4 觸媒材料分析………………………………………………..25
3-4.1氫氣程溫還原(H2-TPR)………………………………….25
3-4.2穿透式電子顯微鏡(TEM)……………………………………..25
3-4.3感應耦合電漿原子發射光譜分析儀(ICP-AES)…………..26
3-4.4氮氣物理吸附表面積………………………………………….26
肆 實驗結果與討論…………………………………………………….29
4-1金觸媒樣品材料之分析結果……………………………………29
4-1.1 H2 -TPR分析圖譜……………………………………………..29
4-1.2 金負載量與載體表面積的關係……………………………….31
4-1.3金顆粒大小分佈……………………………………………..…32
4-2 Au/SDC對CO選擇氧化活性的探討…………………………...38
4-2.1載體的不同對CO選擇氧化活性的影響……………………..38
4-2.2氧氣吸附位置的測試…………………………………………45
4-2.3經H2-TPR還原後活性的測試…………………………………49
4-2.4λ值的改變對CO選擇氧化活性的影響……………………....53
伍 結論………………………………………………………………..58
陸 參考文獻…………………………………………………………...59
圖目錄
圖2.1 甲醇重組器流程示意圖………………………………………….5
圖2.2 金顆粒大小與觸媒活性關係圖……………………………….…8
圖2.3 pH值與金顆粒大小關係圖……………………………………….9
圖2.4 Pt/CeO2行CO氧化之機構………………………………………14
圖3.1.a測試系統圖…………………………………………………….23
圖3.1.b 反應管………………………………………………………....24
圖3.2 H2-TPR系統裝置圖……………………………………………...27
圖3.3 BET表面積系統裝置圖………………………………………....28
圖4.1 Au系列觸媒經H2-TPR還原後的分析圖譜…………………..30
圖4.2 金觸媒樣品之TEM圖………………………………………….34
圖4.3 金觸媒樣品放大TEM照片…………………………………….35
圖4.4 金顆粒大小分布圖……………………………………………...37
圖4.5 Au/SDC(700)在Ar下CO氧化之轉化率及CO2生成率……………………………………………………………………..…40
圖4.6進料比為H2/O2/CO=97:2:1,CO 轉化率與溫度關係圖……….41
圖4.7進料比為H2/O2/CO=97:2:1,氧氣選擇率隨溫度變化的情形…42
圖4.8 Au/SDC(700) 0.1克的觸媒量中,反應後水氣生成量…………43
圖4.9 當CO轉化率達50%,金粒子大小與溫度T1/2之關係圖………44
圖4-10 首先,在Ts=80℃,通入進料CO/Ar=1/99,在100分鐘時
進料改以CO/O2/Ar=1/1/98,藉此觀察CO轉化率隨時間變化的情
形………………………………………………………………….47
圖4-11 Au/SDC觸媒於CO氧化反應路徑圖………………………..48
圖4-12在Ts=80℃時,計算T.O.F. 與金粒子大小關係………….…50
圖4-13 進料比為H2/O2/CO=97:2:1,CO 轉化率與溫度關係圖……...51
圖4-14 進料比為H2/O2/CO=97:2:1,氧氣選擇率隨溫度變化的情形..52
圖4-15 Au/SDC 0.1g在進料條件λ=1;λ=2下,CO轉化率及選
擇率隨時間變化的情形…………………………………………..55
圖4-16 Au/SDC0.1g在Ts=80℃時,首先通入進料H2/O2=99/1,在 120分鐘後進料改以H2/O2/CO=98/1/1;觀察水的產率及選擇率隨時間的變化的情形………………………………………………..…56
圖4-17 Au/SDC 0.1g在Ts=80℃時,首先通入進料H2/O2=99.5/0.5,在120分鐘後進料改以H2/O2/CO=98.5/0.5/1,觀察水的產率及選擇率隨時間的變化的情形………………………………………..57
表目錄
表4-1 金的負載量與表面積的關係…………………………………..32
表4-2 觸媒與金顆粒大小……………………………………………..37
表4-3觸媒與活性金屬表面積…………………………………………46
表4-4 進料條件的改變對反應活性的影響…………………………..54

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