Cu/CeO2催化剂在制备和催化过程中的特性探索

张慧杰 郭艳青（天津三星电机有限公司，天津300462）

甲醇合成催化剂Cu/CeO2的制备与活化程序对于催化活性有重要影响[1]。课题主要研究了催化剂前驱体CuO/CeO2在不同还原温度下活性位和载体的存在方式和合成甲醇初期的各种物种形成分析。

1 实验

1.1 催化剂制备

采用CuO 在CeO2载体上浸渍沉淀法制备了10 wt% Cu/CeO2样品。具体制备方法参见文献[2]。

1.2 催化剂测试

催化试验在固定床微反应器装置进行，在1bar 条件下，采用在线红外气体分析仪分析出口气体组成。

1.3 表征

XPS和原位DRIFTS谱分析使用的设备分别是热Fisher Escalab 250和美国热电Nicolet 750Magna FTIR。

2 结果与讨论

2.1 Cu/CeO2 催化剂在制备和合成甲醇过程中的XPS 和DRIFTS表征

催化剂前驱体CuO/CeO2在125oC 或300oC，用10%H2/N2中预处理后，在195oC采用33%CO/H2工艺气处理后得到Cu2pXPS谱图。催化剂前驱体作为氧化态受体和H2/N2处理样品（125oC），含有Cu2+和O 的化学键，其主要峰934 eV BE 和伴峰940—944 eV BE 的存在可以证明。这些样品的Auger 光谱，在916 eV KE峰证实了CuO的存在。

催化剂前驱体在300oC，采用10%H2/N2还原后，光电子能谱显示Cu2+和O的化学键伴峰940—944 eV BE已经消失，主要峰934 eV BE（结合能）转移到932 eV BE，表明Cu2+被还原为Cu1+或金属Cu；Auger 衰变谱也证实了上述条件处理后Cu 金属（919 eV KE）是主要组分。当切换到33% CO/H2工艺气后，除了Cu金属在919eV KE 处峰值外，在914 eV KE 处观察到一个特征峰，这表明有Cu1+或Cu2+的存在。光电子能谱表明，没有Cu2+和O的化学键的存在，因为主要峰仍然在932 eV，但是没有伴峰存在。因此，这个样品是包含Cu0和Cu+的混合物。Ce 3d 光谱图显示在125oC，采用10%H2/N2还原气预处理催化剂前驱体后，样品中存在Ce4+，当在300oC，10%H2/N2预处理后，在195oC，观察到Ce3+出现，可以观察到在880 eV BE 和885 eV BE 的光谱强度极大增强。……