质子交换膜燃料电池中 CO 选择性甲烷化催化剂的研究

质子交换膜燃料电池中 CO 选择性甲烷化催化剂的研究

概括：

质子交换膜燃料电池（PEMFC）是氢燃料电池汽车（FCEVs）的首选电源，以其高效、环境友好等独特优势受到广泛关注。但富氢燃料气体中微量的CO会引起PEMFC的Pt电极不可逆中毒。CO选择性甲烷化因其工艺简单、产物无毒、无需添加反应物等优势，成为深度脱除富氢气体中微量CO的有效技术手段，而其关键在于开发高活性、高选择性、高稳定性的CO选择性甲烷化催化剂。本文在氧化石墨烯（GO）表面成功合成了镍铝水滑石（LDHs），并以水滑石（LDHs）为前驱体制备了系列Ru-Ni/rGO-催化剂：Ru-Ni/rGO-MMO； 另外，采用逐层自组装法将GO剥离交联复合，制备了系列Ru-Ni/石墨烯-复合金属氧化物气凝胶（MGMA）催化剂：Ru-Ni/GA-MMO。以富氢气体中CO的选择性甲烷化反应为探针反应，考察了所制备催化剂的催化性能。利用XRD、TG-DSC、Raman、FT-IR、N2吸附-脱附、SEM、TEM、H2-TPR、CO-TPD、CO2-TPD、XPS等表征方法，考察了不同制备条件和活性金属组分含量对催化剂比表面积、结构、催化性能等的影响。

主要研究结论如下：（1）采用共沉淀法成功合成了Ru-Ni/rGO-MMO催化剂，系统考察了前驱体水滑石中镍铝摩尔比、载体的煅烧以及Ru负载量对催化剂结构和催化性能的影响。实验结果表明：首先，提高LDHs中镍铝摩尔比可以增加Ni活性位点，但是过高的镍铝摩尔比会导致水滑石结晶性下降，Ni活性组分容易发生迁移聚集，颗粒长大；其次，由于Ni(OH)2比NiO更容易被还原为Ni组分，因此以GO/LDHs复合材料为载体制备的催化剂比以GO/LDHs煅烧产物rGO-MMO为载体制备的催化剂具有更多的Ni活性位点； 第三，实验结果表明，负载的Ru组分与载体中的Ni组分存在协同效应：Ru吸附解离H2产生原子氢，部分活化氢会迁移到附近的NiO上，从而促进催化剂活性组分的还原。在制备的系列Ru-Ni/rGO-MMO催化剂中，水滑石中镍铝摩尔比为4，直接负载1.2wt%Ru制备的催化剂在CO选择甲烷化反应中催化性能最好，且能在较宽的反应温度范围内（190-290℃）深度脱除富氢气体中的CO。

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