摘要
一氧化碳（CO）可与大气污染物发生光化学反应危害生态环境。催化氧化技术是一种很有前景的CO脱除技术。目前商用的贵金属催化剂存在价格高、储量低等缺点，很难实现大规模应用。因此，本文开发了廉价高效、热稳定性较好的钴基钙钛矿催化剂，从分子水平上揭示了催化剂表面CO氧化的反应机理。 使用溶胶-凝胶法合成了SrCoO3催化剂。通过X射线粉末衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、扫描电子显微镜（SEM）、氮气物理吸脱附（BET）、热重分析（TGA）等手段对样品进行表征分析。表征分析结果表明，合成的SrCoO3钙钛矿物相较纯。CO氧化实验表明，SrCoO3对CO具有较高的氧化活性，CO完全转化温度为400℃。应用量子化学的密度泛函理论研究了SrCoO3催化剂上CO的催化氧化机理，结果表明CO氧化主要遵循Mars-vanKrevelen机理。反应CO*+Olattice→CO2*+Ovacancy具有最高的活化能垒（0.61eV），是CO氧化反应的速控步骤。 由于SrCoO3催化剂的T100为400℃，其低温活性不高。通过控制煅烧温度（600℃和700℃）制备了不同晶相的钴基催化剂（Co3O4/SrCO3和SrCoO2.5/SrCO3），并探索了煅烧温度对于钴基催化剂CO氧化活性的影响。结果表明，随煅烧温度升高，催化剂成分由SrCO3转变为SrCoO2.5，最终形成SrCoO3。Co3O4/SrCO3催化剂的比表面积更大、表面Co3+活性位点更丰富。固定床实验表明，Co3O4/SrCO3的催化性能（T100=300℃）更好。因此，改变形貌和活性位密度是提升催化剂性能的有效方法。 进一步通过掺杂不同金属元素Cu、Ni、Ce对Co3O4/SrCO3的催化活性进行调控，同时考察了不同元素掺杂对催化剂物化性质、催化活性和CO+NO协同催化作用的影响。固定床实验结果表明，Cu掺杂显著提高了Co3O4/SrCO3的低温催化活性。CuCo2O4/SrCO3催化剂在CO氧化反应中的T100为180℃。金属掺杂可通过提高催化剂的比表面积、活性位点数量、热稳定性等来提高催化剂的CO脱除效率。
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