不同的Cu/Co比对Cu-Co/Ce-Zr-O催化剂的低温CO氧化活性的影响(5)
从图4中可以发现，刚开始阶段随着CuxCo1-x 含量X的减少，CuxCo1-x/ Ce0.6Zr0.4O2催化剂的CO氧化活性在逐渐增强。这是因为随着Ce0.6Zr0.4O2载体表面Co3O4颗粒数量逐渐增多，CuO和Ce0.6Zr0.4O2的界面面积逐渐增大，即活性中心数目增多，同时，Co3O4具有稀释作用，使CuO颗粒分散更加均匀，因此，CuxCo1-x/Ce0.6Zr0.4O2催化剂的CO氧化活性逐渐增强。故当CuxCo1-x含量X为0.95时，CuO分散性最好，意着活性中心数目最多，这时的CO氧化活性最高。但当继续减少CuxCo1-x的含量X时，又可以发现催化剂的催化活性开始下降，而且随着Co含量的继续增加，催化活性降低，出现这个现象可能的原因是在载体Ce0.6Zr0.4O2表面分散的CuxCo1-x数目达到一定程度后，CuxCo1-x和Ce0.6Zr0.4O2的界面开始逐渐被CuxCo1-x颗粒覆盖，载体Ce0.6Zr0.4O2逐渐被CuxCo1-x颗粒包围，界面逐渐消失，因此活性中心数目也相应减少；但是当载体Ce0.6Zr0.4O2表面被CuxCo1-x颗粒负载接近饱和后，多余的CuxCo1-x颗粒要么脱离载体单独存在，要么进行第二次负载，由于Ce0.6Zr0.4O2表面负载的CuxCo1-x颗粒之间间隙较小，多余的CuxCo1-x颗粒无法进入，因此随着CuxCo1-x负载量的增加，这些活性中心数目减少幅度很小，也是催化活性下降较慢的原因之一。
因此，Ce0.6Zr0.4O2作为载体，CuO和Co3O4是活性组分，CuO的催化氧化活性好于Co3O4，Co3O4对CuO具有稀释作用，同时Co3O4与CuO相互作用，亦能促进CuO的催化氧化活性。由上述可知，只有当Ce0.6Zr0.4O2载体表面负载的CuxCo1-x颗粒达到一个合适的量即X为0.95时，CO的氧化活性最佳。
3.2 催化剂的XRD分析
图6是不同CuO含量的CuO/CeO2催化剂的XRD谱图。从图中看到所有样品的衍射角在28.8°、33.4°、47.9°和56.7°为CeO2的特征衍射峰；衍射角在35.5°和38.7°为CuO的特征衍射峰，并且随着CuO负载量的增加，CuO特征衍射峰在逐渐增大。所有催化剂样品的XRD图谱中均出现属于立方萤石型CeO2的(111)、(200)、(220)和(311)四个晶面的特征衍射峰，其峰位置分别在28.8°、33.4°、47.9°和56.7°处。但没有发现ZrO2的特征衍射峰，说明Zr4+已进入CeO2的晶格，形成了立方固溶体结构。而且在35.5°和38.7°处隐隐出现了晶相CuO的特征衍射峰，从图中发现随着活性组分CuO的减少，活性组分CuO的特征峰逐渐变小，而特征峰越大，说明活性组分CuO的颗粒大其特征峰越强，而从图谱中几乎看不到氧化钴的特征峰，这说明由于氧化钴含量少，均匀分散在载体表面。
因此，针对上述分析结合活性评价结果发现，CuO负载量的增加，会使其特征峰越强，CuO的颗粒逐渐增大，氧化钴均匀分散在载体表面。
图1.催化剂CuxCo1-x/Ce0.6Zr0.4O2(x=0.95,0.9,0.75,1)的XRD图谱
3.3 催化剂的H2-TPR分析
如图7是不同CuxCo1-x含量X的CuxCo1-x/Ce0.6Zr0.4O2催化剂的H2-TPR谱图。我们以Cu/Ce0.6Zr0.4O2、Cu0.75Co0.15/Ce0.6Zr0.4O2、Cu0.9Co0.1/Ce0.6Zr0.4O2、Cu0.95Co0.05/Ce0.6Zr0.4O2催化剂的H2-TPR谱图来研究催化剂的氧化还原特性。从图7可以发现，每一催化剂的TPR曲线都含有至少三个峰，而且在一个强峰的左边都产生一个肩峰。表明催化剂中存在至少三种类型的铜物种，根据相关文献，我们认为，每一催化剂的肩峰即低温还原峰(α峰)，是高分散CuO与H2反应的还原峰；谱图中的强峰即高温还原峰(β峰)，是较大颗粒CuO与 H2反应的还原峰。
图8.催化剂CuxCo1-x/Ce0.6Zr0.4O2(x=0.95,0.9,0.75,1)的H2-TPR图谱
催化剂CuxCo1-x/Ce0.6Zr0.4O2(x=0.95,0.9,0.75,1)的H2-TPR图谱，即催化剂的程序升温对氢的还原反应。在催化剂组分中含有Cu、Co、Ce和Zr四种元素，根据文献研究结果，发现Cu2+对氢的还原能力最强，在300℃以内；Co3+对氢的还原能力较强，在400℃以内；Ce4+对氢的还原能力较弱，在600℃以内；而Zr4+是一个没有还原能力的离子，研究结果表明，把该离子掺杂在催化剂中，能够提高活性成分的分散度以及能够提高抗烧结能力的离子。期中Ce4+与Ce3+之间容易发生电子的得失，具有储存和释放氧的能力，因此常将该金属离子与铜离子结合以提高铜的氧化还原能力。本研究过程中加入了钴离子，以期望能够进一步促进铜的氧化还原能力。如果这几种离子结合的比较理想，或高分散在载体表面，能够与氢充分接触，也即载体的活性成分比表面积比较大，对氢的还原能力就会大大得以提高。