Pd-Cu-ClxAl2O3低温催化CO氧化的DFT研究(3)
另外，在燃料电池、封闭内循环式CO2 激光器、CO 气体传感器、CO 气体防毒面具、烟草降 以及密闭系统（如：飞机、潜艇、航天器等）内微量CO 控制也涉及到CO 的消除[1-4]。因此，CO 消除涉及工业、军事、环保和人类生活的各个方面，受到人们广泛的关注。
CO 的消除包括物理消除法和化学消除法。物理消除法主要是利用比表面较大的多孔材料（如活性碳）对 CO进行吸附。但物理消除法有诸多缺点。比如，吸附效率低导致设备体积大，吸附饱和的材料需要定期处理和更换。否则 CO会从吸附材料中脱附出来，造成二次污染。因此一氧化碳物理吸附消除法的应用受到限制。化学消除法主要包括催化还原和催化氧化法。催化还原法是采用H2 等还原性气体将CO 转化为具有利用价值的CH4 或CH3 OH。该法从理论上看是废物综合利用及环境保护的有效方法，但目前只停留在实验室研究，且不适合在环境气氛下消除低浓度CO。消除大量存在的低浓度CO最好的方法是催化氧化法，即使用催化剂将CO催化氧化成无毒的CO2 。
目前CO低温氧化催化剂有很多种类，不同的应用领域对于CO低温氧化催化剂的要求也不尽相同。在低温燃料电池领域，纯氢是 PEMFC（Proton Exchange Membrane Fuel Cell）的理想燃料。然而通过低碳醇和烃类部分氧化或水蒸气重整制得的富氢气体中含有约 0.5% ~ 3 % CO。微量CO的存在不仅会引起燃料电池铂电极中毒，而且还会与H2 竞争与氧的反应，导致燃料电池的效能大幅度降低。因此必须将氢气中的CO 浓度降低到10 ppm以下。另外，作为汽车动力的燃料电池，要求室温启动活性高。所以实现一氧化碳在富H2 气氛下的低温选择性氧化对于燃料电池的发展具有重要的意义。这已经成为一氧化碳低温催化氧化的研究热点之一[5-6]。在CO2 激光器、CO气体传感器、防毒面罩等应用领域，均要求在室温甚至 0 oC 以下，将CO 完全氧化为CO2 。CO2 激光器中的CO 氧化反应是接近化学计量比的 CO 与O2 在大量CO2 存在条件下，于50 oC 左右进行，期望的使用寿命为5年[7]。CO气体传感器一般涉及低浓度CO在空气中的氧化反应，还需要考虑水或其它气体的影响。防毒面罩催化剂使用温度接近室温，同样需要考虑水和其它有毒有害气体的影响。 自二十世纪60年代以来，空气质量问题在全世界许多大城市（如东京、洛杉矶等）变得日益严重。这主要是由于汽车的广泛使用，造成汽车尾气的大量排放。汽车尾气中的有害物质主要包括CO、HC和NO。造成二次污染。针对这些污染问题，美国1963年通过了《清洁空气法》(Clean Air Act of 1963)。1990 年和1997年又分别通过了该法的修正案。该法案提出，要将汽车尾气中的这些有害物质同时去除。催化燃烧法是最实际有效的方法。
从1975年，Pt-Pd/γ-Al2 O3 催化剂体系开始用于汽车尾气处理。可使尾气中 CO及烃类完全氧化。之后，采用先还原尾气中NO，再氧化CO 和烃类的分段处理法。现在使用的是将尾气中的三种有害物质(NO ，CO 和烃类) 同时消除的三效催化剂(Three-way catalyst，TWCs) 。典型的三效催化剂是将Pd、Pt 和Rh负载在涂覆有γ-Al2O3 或铈锆氧化物的蜂窝载体上，使用范围 300~900 °C [8]。在三效催化剂上发生的主要反应有：
（1） 氧化反应：2CO + O2 → CO2
HC + O2 → CO2 + H2O
（2） 还原反应：2CO + 2NO → 2CO2 + N2
HC + NO → CO2 + H2 O + N2 2H2 + 2NO
2H2 O +N2
（3） 水气转化反应（Water-Gas Shift，WGS）：
CO + H2O → CO2 + H2
（4） 蒸汽重整反应（Steam reforming ）：
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