摘要
铜基催化剂以其独特的物理和化学性质被广泛应用于各种重要的催化反应中，如水汽变换反应、异戊醇脱氢反应等。本论文通过液相沉淀法成功制备均匀的Cu1Fe9Ox和Cu1Fe4Ox棒状催化剂。利用X-射线衍射（XRD）、透射电镜（TEM）及高分辨透射电镜（HR-TEM）等表征手段对Cu基纳米催化剂进行表征，主要考察了晶体结构、表面积、晶面组成、电子结构等微结构信息同粒子尺寸和形貌的关系，并利用原位XRD及X射线光电子能谱（AP-XPS）等原位表征手段对表面活性位进行表征。以水汽变换反应、异戊醇脱氢反应作为探针，考查Cu-Fe-O复合催化剂的催化反应性能。 首先，利用液相沉淀法可控合成了均匀的棒状Cu1Fe4Ox催化剂。通过原位XRD、高分辨透射电子显微镜（HRTEM）及程序升温还原（TPR）等手段表征棒状Cu1Fe4Ox催化剂的物相组成、形貌和还原性能。通过还原棒状Cu1Fe4Ox得到Cu0/Fe3O4纳米棒催化剂，原位X射线光电子能谱（XPS）确定Cu0/Fe3O4表面的铜物种。以异戊醇脱氢反应作为探针，比较了Cu0/Fe3O4纳米棒和Cu0/Fe3O4纳米颗粒的催化反应性能，发现Cu0/Fe3O4纳米棒比Cu0/Fe3O4纳米粒子具有更好的异戊醇脱氢反应活性和稳定性，表明棒状Fe3O4担载的Cu纳米粒子具有更好的结构稳定性。 其次，通过液相相沉淀法成功制备了棒状Cu1Fe9Ox前驱体。通过X射线衍射（XRD）和透射电子显微镜（TEM）对其形貌和相组成进行了表征。发现棒状Cu1Fe9Ox的物相组成为CuFe2O4和Fe2O3。原位XRD和H2程序升温还原（H2-TPR）探讨了Cu1Fe9Ox的还原性能。可控还原Cu1Fe9Ox纳米棒能得到Cu/Fe3O4纳米棒催化剂，所得到的Cu/Fe3O4纳米棒催化剂不具有低温WGS活性，但表现出较好的高温WGS反应活性。Cu和Fe3O4棒之间的相互作用及Cu物种的演变与Cu/Fe3O4纳米粒子催化剂不同。近常压X射线光电子能谱（AP-XPS）研究表明还原后主要铜物种是金属Cu。当引入水蒸气和CO时，主要的铜物种是Cu+，结合s-TPR结果，认为Cu和Fe3O4纳米棒之间的强相互作用使Fe3O4纳米棒上的Cu0更容易被水氧化为Cu+。 最后，通过简单的模板法即以氧化钼纳米棒为硬模板，合成具有不同厚度的β-FeOOH纳米管。Fe3+的水解动力学对β-FeOOH纳米管的形成有重要影响。通过调整Fe3+/MoO3摩尔比和Fe3+水解温度，能够实现可控合成具有不同厚度和内径的β-FeOOH纳米管。焙烧后，β-FeOOH纳米管转化为α-Fe2O3纳米管，纳米管的管壁厚度从50nm变化到128nm。同时发现，Fe3+/MoO3的摩尔比和Fe3+水解温度分别固定为2:1和70℃时，所得到的α-Fe2O3纳米管表面积高达149m2/g。以NH3选择催化还原NO反应作为探针，发现氧化铁纳米管的活性高于纳米片和纳米颗粒。
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