铜-钛硅分子筛协同催化低温甲醇水蒸气重整反应

摘要

低温甲醇水蒸气重整制氢技术（L-MSR）是解决当前氢能源可持续性和氢源分布不均的重要途经之一.本文研究了铜负载于不同Ti配位形式的钛硅分子筛（Cu/TS-1）催化剂在低温甲醇水蒸气重整制氢反应中的性能,并结合X射线光衍射仪（XRD）、透射电子显微镜（TEM）、氨气程序升温脱附测试（NH₃-TPD）和CO₂程序升温脱附测试（CO₂-TPD）等表征方法,揭示了铜与骨架钛之间的协同吸附作用显著提高了催化剂的低温活性和稳定性.结果表明,在常压、 240℃、水醇比为2的条件下, Cu/TS-1催化剂表现出148.4 mmol·g^-1·h^-1的氢气产率,单位质量铜的活性为891 mmol·g^-1·h^-1,是共沉淀法合成Cu/ZnO催化剂单位铜质量活性(约621 mmol·g^-1·h^-1)的1.4倍.在构效关系分析中发现,骨架钛的引入增加了分子筛表面的弱酸性位点,改善了铜纳米颗粒的分散性及其与钛硅分子筛表面的相互作用.此外,骨架钛与铜纳米颗粒之间的相互作用有利于形成丰富的双配位CO₂吸附位点,优化了MSR反应中甲酸中间体的吸附构型,从而显著提升了甲酸关键中间体的分解速率,最终使Cu/TS-1催化剂具备了优异的低温制氢活性.

关键词

铜基催化剂 / 制氢 / 分子筛 / 纳米材料 / 界面