负载型催化剂CuO/SNTs制备及其分散阈值的研究

李云霞 朱丹丹

【摘要】以硝酸铜为原料，采用浸渍法制备出系列单层分散产品即CuO/SNTs 负载ng提供了一个重要的参数。

【关键词】CuO/SNTs 催化剂 分散阈值 负载型

1 引言

催化剂在现代生产生活中起着举足轻重的作用，而负载型金属氧化物催化剂具有较好的热稳定性、较高的机械强度和较大的比表面积，在化工生产方面起着重要的作用，而负载型催化剂的载体表面活性组分的分布状态的研究也日益受到关注。一般认为，许多负载型催化剂的活性组分呈单分子层分布时对应的催化剂效果最佳，但也不是绝对的，根据催化剂的实际使用条件而定。本文以硝酸铜为原料采用浸渍法制备负载型催化剂CuO/SNTs运用XRD分散阈值求算法分别求出其分散阈值，同时考察活性组分与载体的相互作用。

2 实验部分

2.1 以硝酸铜为原料样品的制备

采用浸渍法制备单层分散的系列样品。取1.500g的硅酸盐纳米管于50mL锥形瓶中，加入一定量的硝酸铜溶液，常温常压下连续磁力搅拌3h，接着恒温60℃继续搅拌直到反应液成粘稠状，然后在干燥箱中110℃烘干，研磨，在300℃焙烧4h得到负载型催化剂CuO/SNTs。

3 表征结果与讨论

3.1 XRD法测定单层分散阈值

图1是不同配比Cu（NO3）2/ SNTs样品焙烧后的CuO晶相峰与硅酸盐纳米管的XRD衍射图，图中a，b，c曲线分别为含0.3%，0.98%，1.6%CuO（质量百分数）样品，由图可知，CuO的量较低时不足以在硅酸盐纳米管表面铺满单层，无CuO晶相峰出现，说明在低于CuO熔点的适当温度下焙烧，CuO可在硅酸盐纳米管表面发生分散。d和e曲线分别对应于含3.2%，6.2%CuO的样品，CuO%=3.2时晶相CuO衍射峰开始出现，表明d和e曲线的CuO量已超过单层，CuO在硅酸盐纳米管表面上的分散有一定的限度。说明CuO在硅酸盐纳米管表面上的分散量是一定的，当CuO的含量超过此限度时，分散后会有剩余CuO的晶相峰存在。

对样品进行XRD物相分析发现：当CuO含量较低时，谱图中只有载体SNTs晶相的衍射峰；当含量超过某一值，谱图中才出现CuO的晶相衍射峰，并且随着含量的增加，晶相峰逐渐加强，如图1所示。以CuO与SNTs的质量比为横坐标，以衍射峰强度比为纵坐标作图（如图2），当CuO量低于一定值时，没有CuO的晶相出现，当CuO量超过此值后，随着含量的增加，CuO与SNTs最强衍射峰强度比线性增加。图2中直线与横坐标的交点0.0353g/g为CuO在SNTs上的最大饱和分散容量，即分散閾值。当CuO含量在分散阈值以下时，它以单层或则亚单层形式分散于硅酸盐纳米管表面。

从图3可知，CuO的负载量为0.3%时，未出现CuO的还原峰，由图4知，硅酸盐纳米管本身的耗氢峰温度区间大约在500-800℃。因此图3中的高温还原峰在675℃左右对应于 SNTs本身的耗氢。图中的3峰与纯CuO的还原峰相近，它归属于CuO/SNTs中体相CuO的还原。XRD测试结果显示，对应有3还原峰（400℃）存在的CuO/SNTs，其XRD谱中有CuO的衍射峰[1]。反之，在TPR谱图中无此温度还原峰的样品，其XRD谱中则无晶相CuO的衍射峰。这一方面说明TPR谱中的3还原峰对应于晶相CuO的还原，另一方面说明TPR谱中的1和2峰对应于高度分散CuO的还原。

高分散的CuO在TPR谱图中给出两个还原峰说明有两种可能的情况[1]。其一，还原峰1和 2分别对应于两种铜物种的还原；其二，高分散的CuO分两步被还原。假若第一种情况成立，那么随着CuO/SNTs中铜含量的减少，这两种铜物种的量之比应该发生变化，直至只有一种铜物种存在为止，即当铜含量足够少时，TPR谱中的1和 2峰中有一个应该消失。理由如下：两种铜物种与SNTs的作用不同，必然有一种铜物种更稳定，铜含量低时，应只有一种高分散的铜存在。将Cu（NO3）2焙烧得到的纯CuO的TPR曲线为单一还原峰，其峰温为380℃左右[2]，可见负载型CuO/SNTs催化剂铜物种还原峰比纯CuO明显降低，产生这种现象的原因可能是，催化剂制备过程中Cu（NO3）2分散后生成的CuO高度分散在载体表面，CuO晶粒变小的缘故。

参考文献

[1]刘源，孙海龙，刘全生，等.氧化铈凝胶担载氧化铜催化剂的TPR研究.催化学报，2001，22（6）：523-526.

[2]周仁贤，蒋晓原，毛建新，等.CuO/ZrO2表面氧性质及其对CO氧化的影响.催化学报，1997，18（1）：53-55.