1、質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)通常以H2為燃料，其主要來源是烴類重整氣，其中痕量的CO(10ppm)極易造成Pt電極中毒甚至失活，因此，必須采取有效的方法脫除CO。優(yōu)先氧化法(CO-PROX)是脫除CO簡(jiǎn)單有效的辦法之一，納米Au催化劑在該反應(yīng)中表現(xiàn)出優(yōu)異的低溫活性。目前存在的難題是設(shè)計(jì)在PEMFC工作溫度(80-120℃)條件下，具有高活性，高選擇性和高穩(wěn)定性的Au催化劑。
　　為此，本文選擇性能穩(wěn)定的Al2O3為載體，設(shè)計(jì)制

2、備了負(fù)載型Au/Al2O3催化劑，在此基礎(chǔ)上合成了雙金屬Au-Cu/Al2O3催化劑、稀土和過渡金屬改性的Au/CeO2/Al2O3和Au/MnO2/Al2O3復(fù)合載體催化劑，系統(tǒng)研究了制備條件對(duì)催化劑結(jié)構(gòu)和表面化學(xué)性質(zhì)以及CO氧化反應(yīng)性能的影響，探討了Au催化劑結(jié)構(gòu)和反應(yīng)性能之間的構(gòu)效關(guān)系，顯著提高了Au催化劑在CO-PROX反應(yīng)中的活性、選擇性和穩(wěn)定性。
　　(1)以自制Al2O3為載體，采用沉積沉淀法合成了Au/Al2O3催

3、化劑。研究了預(yù)處理氣氛對(duì)其CO催化氧化性能的影響，結(jié)果表明，氫氣預(yù)處理后的Au/Al2O3-H2催化劑在60℃即可實(shí)現(xiàn)CO的完全轉(zhuǎn)化，在H2O和CO2共存時(shí)可以保持較高的穩(wěn)定性。光譜表征結(jié)果發(fā)現(xiàn)H2氣氛預(yù)處理有利于提高Au催化劑對(duì)CO的吸附能力以及對(duì)氧氣的活化作用，從而導(dǎo)致催化劑具有較高的低溫CO氧化活性。
　　(2)利用Cu對(duì)CO和O2的吸附與活化作用，設(shè)計(jì)制備一種新型雙金屬Au-Cu/Al2O3催化劑。研究表明，所制備的催化劑

4、中金屬粒子具有更高的分散度和較小的尺寸，平均粒徑約為1.8±0.2nm。在富氫氣條件下，50-100℃范圍可以實(shí)現(xiàn)CO的完全轉(zhuǎn)化。為進(jìn)一步提高催化劑的選擇性，考察摻雜堿金屬K對(duì)CO-PROX反應(yīng)活性的影響，發(fā)現(xiàn)2wt.％K摻雜的Au-Cu/K-Al2O3催化劑的催化活性最好，60-110℃范圍內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)CO的完全轉(zhuǎn)化，80℃時(shí)CO2的選擇性為60％。原位紅外研究表明，K的摻雜提高了在較高溫度時(shí)Cu+物種對(duì)CO的吸附能力，從而提高PEMF

5、C在80-120℃溫度范圍內(nèi)的CO-PROX反應(yīng)活性和選擇性。
　　(3)利用Au與稀土氧化物(CeO2)之間的相互作用，制備了Au/CeO2/Al2O3催化劑和Au-Cu/CeO2/Al2O3催化劑，所合成的Au催化劑CO-PROX反應(yīng)性能明顯提高。Raman和H2-TPR等表征發(fā)現(xiàn)，CeO2的摻雜在催化劑表面引入了氧空位，增強(qiáng)了Au與Al2O3載體之間的相互作用，有利于提高CO-PROX反應(yīng)的活性，拓寬了CO完全轉(zhuǎn)化時(shí)的反應(yīng)溫

6、度窗口(30-70℃)。
　　(4)通過液相還原法制備了MnO2-Al2O3復(fù)合載體，利用Au與MnO2之間的強(qiáng)相互作用，成功合成了高分散的Au/MnO2/Al2O3催化劑。研究表明，Au/Al2O3催化劑的結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)不受Mn摻雜的影響，所合成的催化劑Au粒子尺寸均勻，約為4.8nm。在PEMFC工作窗口溫度范圍內(nèi)表現(xiàn)出優(yōu)異的活性，CO轉(zhuǎn)化率100％，CO2選擇性80％(80℃)，優(yōu)于目前文獻(xiàn)所報(bào)道的結(jié)果。另外，在H2O和CO