| 本人赴中石化华北油气分公司石油工程技术研究院为期半年的校外实践锻炼中，以本人所从事的多相催化及其应用研究为基础，结合石油工程技术研究院的在研项目，开展了铜基催化剂的制备及相关催化反应应用研究。旨在将科研与企业和研究所面临的实际科学问题相结合，从催化反应机理的角度将催化剂制备及改进引入石化企业的实际生产改革中，提高高校教师的工作能力，促进产学研的共同发展。完成的主要实验工作及数据如下：
这部分研究工作中，以γ-Al2O3为载体，采用湿浸渍法制备了不同CuO负载量的CuO/γ-Al2O3模型催化剂，通过H2/O2对催化剂进行预处理，利用多种原位和准原位物理化学表征手段，并结合CO+O2、CO+NO、NO+NH3+O2模型反应，试图了解表面铜物种的存在状态随氧化还原气氛变化的规律，及其对催化反应性能的影响，并尝试建立催化剂表面“组成-结构-性质”之间的内在关系。 XRD表征结果可得出，CuO在载体表面分散容量约为0.6mmol CuO/100m2（图1），标识中数字代表负载量。分散容量以下CuO物种高度分散在载体的表面。载量高于06Cu/Al的样品均出现了晶相CuO的特征衍射峰，CuO的加入并没有使载体的结构发生改变。  图1 Cu/Al样品的XRD图谱（A）及CuO表面分散容量结果（B） 这种CuO物种分散状态的差异将影响催化剂的催化性能。如图2所示，对于NO+CO和CO+O2两个不含水的反应来说，CuAl和CuAl-HW的催化性能远远低于CuAl-HO。这说明：（1）在这两个反应中，聚合态的铜物种是反应的活性物种；（2）湿空气氧化可以使表面聚合态的铜物种恢复到初始状态，而干空气则不行。考虑到NH3-SCR反应的产物中本就含有H2O，其有助于表面铜物种的恢复到初始状态，从而导致三种样品的催化性能相当。  图2 不同气氛处理CuAl样品的催化反应性能 通过上述工作可以看出，分散态Cu物种的聚集状态是影响催化剂催化性能的主要因素。接下来的研究拟利用EXAFS对经过不同气氛处理的Cu/Al样品进行表征，以期获得表面Cu物种氧化态、空间构型等直接证据，为图3所示Cu物种在不同气氛中的变化提供有力的佐证。  图3 不同气氛处理后，CuAl样品表面铜物种预期变化示意图 通过对催化剂的结构和性能间关系的研究，在对铜基催化剂上的催化反应活性物种和反应机理有了更加深入理解，对实现对催化剂的可控制备，并进一步结合反应条件的优化提供了理论支持。通过产学研合作的方式来的推进成果的转化与应用，预计可为相关企业带来一定的经济效益。 实践锻炼工作基本按照原计划完成，鉴于实验过程的复杂性，尚有少量实验数据有待重复验证。针对CuO/γ-Al2O3催化剂的研究，目前还主要停留在催化剂终状态的表征和反应性能的考察上，加强对催化剂制备中间过程的研究有助于从源头上理解催化剂终状态表现出的性能，考查CO2加氢制甲醇反应这将是下一阶段的一个重点研究内容。 计划在回校后结合本学期校外实践的经历及收获，指导学生毕业论文及创新竞赛和增强教师科研水平。丰富教学内容，将教材知识与实际生产和研究相结合，增强课堂教学的趣味性及先进性。以实践期间的工作为基础，在催化剂制备过程中指导学生毕业设计及节能减排创新比赛，并利用学术报告等方式将科研实力确实转化为教书育人的有用工具。 |
