Page 127 - 《精细化工》2020年第3期

第 3 期 谷荣彩，等: 逆 уCeO 2 /Cu χ Co 1–χ O δ 催化剂的制备及其 CO 催化氧化性能 ·545·

图 5a 为 Cu 2p XPS 谱图，较高 Cu 2p 3/2 结合能 CO 催化氧化性能如图 6 所示。
处的峰和 936~945 eV 处（虚线）的卫星峰归属于
2+
Cu 物种，较低 Cu 2p 3/2 结合能处的峰归属于被还原
+
的 Cu 物种 [18,24,26-27,34] 。图 5b 为 Co 2p XPS 谱图，
2+
较高 Co 2p 3/2 结合能处的峰归属于 Co 物种，较低
3+
Co 2p 3/2 结合能处的峰归属于 Co 物种 [30] 。图 5c 为
3+
Ce 5d XPS 谱图，标记为 b 0 和 b 0 ′的峰为 Ce 的特征
4+
峰，其他峰是 Ce 的特征峰 [18,24,30,34] 。图 5d 为 O 1s
XPS 谱图，529.3 eV 结合能附近处的峰归属于金属
氧化物中的表面晶格氧（O latt ），位于 531.4 eV 结合
能附近的峰代表催化剂表面吸附氧或羟基氧的特征

峰（O ad ） [27,30] 。 图 6 уCeO 2 /Cu 0.2 Co 0.8 O δ 催化剂 CO 催化氧化性能
Fig. 6 Catalytic activities of уCeO 2 /Cu 0.2 Co 0.8 O δ catalysts
如图 5 所示，随 CeO 2 负载量的增加，Cu 2p 3/2
for CO oxidation
结合能逐渐降低，Co 2p 3/2 结合能先降低后升高，这
种电荷转移归因于 CeO 2 与载体 Cu 0.2 Co 0.8 O δ 间强烈 由图 6 可知，15% CeO 2 /Cu 0.2 Co 0.8 O δ 和 25%
的相互作用 [26,30] 。这种相互作用不仅促进界面处 CeO 2 /Cu 0.2 Co 0.8 O δ 具有较高的 CO 催化氧化活性，
2+
+
3+
4+
Ce +Cu →Ce +Cu 的进行，还会削弱表面 Co— CO 转化率为 80%时的温度 T 80 相对较低。结合表 5
O latt 键强度，易于 O latt 解离，形成氧空穴 [26,30] 。Ce 3+ 和表 6 可知，15% CeO 2 /Cu 0.2 Co 0.8 O δ 和 25% CeO 2 /
的出现是催化剂表面晶格缺陷造成的 [18] ，表明催化
Cu 0.2 Co 0.8 O δ 具有相对较大的比表面积和孔容积，
剂表面存在氧空穴。在 CeO 2 /Cu 0.2 Co 0.8 O δ 体系中， CeO 2 分散度较高，两相接触界面较多，且表面暴露
3+
+
有 4 种 CO 表面吸附位点：Cu 、Co 、CeO 2 表面氧 的 Cu 、Co 物种相对较多，故催化活性较高。15%
3+
+
空穴、两相界面处氧空穴 [18,30] 。两相接触界面处
CeO 2 /Cu 0.2 Co 0.8 O δ 和 25% CeO 2 /Cu 0.2 Co 0.8 O δ 活性高
易形成氧空穴，因此两相界面是 CO 氧化活性位 于 Cu 0.2 Co 0.8 O δ ，证明 CeO 2 可以促进 Cu 0.2 Co 0.8 O δ 的
点 [18,21,24,30] 。
CO 氧化活性。此外，由于表面 Ce 物种的富集，25%
表 6 为不同 CeO 2 负载量 CeO 2 /Cu 0.2 Co 0.8 O δ 催化
CeO 2/Cu 0.2Co 0.8O δ 活性稍差于 15% CeO 2/Cu 0.2Co 0.8O δ。
剂的表面元素含量。
5% CeO 2 /Cu 0.2 Co 0.8 O δ 和 35% CeO 2 /Cu 0.2 Co 0.8 O δ 活性
表 6 уCeO 2 /Cu 0.2 Co 0.8 O δ 催化剂表面元素含量分析 稍差可能与表面 CeO 2 颗粒分散不均、两相接触界面
Table 6 Surface elemental contents analysis of уCeO 2 / 较少有关。
Cu 0.2 Co 0.8 O δ catalysts
综上所述，在催化 CO 氧化反应中，当 m(CuO)∶
3+
催化剂编号 у/% w(Ce )/% w(O latt)/% w(Cu )/% w(Co )/%
+
3+
m(Co 3 O 4 )=0.2∶0.8，CeO 2 负载量为 15%时，即 15%
G 0 – 11.83 6.13 18.67
CeO 2 /Cu 0.2 Co 0.8 O δ 催化剂表现出较优的活性，在常压
H 5 1.37 9.11 4.03 12.75
下，CO 完全转化温度低至 75℃。
E 15 1.93 7.31 3.54 11.48
I 25 11.54 6.67 3.43 8.33
3 结论
J 35 15.18 4.64 2.49 3.12
3+
n+
n+
4+
注：w(M )/%=m(M )/〔m(Ce )+m(Ce )+m(O latt)+ m(O ad)+ （1）采用共沉淀法-浸渍相结合的方法制备
+
3+
3+
+
2+
2+
m(Cu )+m(Cu )+m(Co )+m(Co )〕×100（M=Ce 、O latt、Cu 、 уCeO 2 /Cu χ Co 1–χ O δ 催化剂，该方法简单，易于实现
3+
Co ）。
工业化大规模生产。载体中 CuO 与 Co 3 O 4 质量比和
如表 6 所示，随 CeO 2 负载量的增加，CeO 2 在 CeO 2 负载量对催化活性影响显著。
催化剂表面富集，晶格氧含量降低，氧空穴增多， （2）15% CeO 2 /Cu χ Co 1–χ O δ 催化剂，随载体中
利于促进 CO 氧化反应。但表面暴露的 Cu 物种和 Co 含量的增大，催化活性呈现先增大后减小的趋
Co 物种不断减少，不利于提高 CO 氧化活性。 势，15% CeO 2 /Cu 0.2 Co 0.8 O δ 性能最优。
当 CeO 2 负载量为 15%时，15% CeO 2 /Cu 0.2Co 0.8O δ （3）与 Cu 0.2 Co 0.8 O δ 相比 ，уCeO 2 /Cu 0.2 Co 0.8 O δ
3+
+
催化剂表面有相对较多的 Cu 、Co 物种和氧空穴， 对 CO 催化氧化性能提高，随 CeO 2 负载量的增加，
促使催化剂 CO 催化氧化性能提高。 催化活性呈现先减小后增大再减小的趋势，15%
2.2.4 催化 CO 氧化活性 CeO 2 /Cu 0.2 Co 0.8 O δ 最优。
不同 CeO 2 负载量 CeO 2 /Cu 0.2 Co 0.8 O δ 催化剂的 （4）当 m(CuO)∶m(Co 3 O 4 )=0.2∶0.8、CeO 2 负