复合金属氧化物在碘硫循环之三氧化硫分解反应中的催化作用

热化学碘硫循环分解水制氢是一种很有前景的高效、无温室气体排放的大规模制氢方法。三氧化硫（SO3）分解反应是碘硫循与高温热源耦合的关键步骤，其单程转化率和反应速率对碘硫循环总制氢效率有重要影响；该反应需要在催化剂存在下进行。目前所用的催化剂大多为负载在不同载体上的Pt，存在价格昂贵、稳定性差、载体易发生硫酸化作用失效等问题。本申请提出用Cu/Fe和Cu/Cr复合氧化物作为SO3分解的催化剂，针对复合金属氧化物的组成和制备工艺优化、催化机理与活性组分、SO3分解反应动力学等方面展开深入研究；旨在探明该类催化剂的制备工艺-结构性质-催化机理之间的关系，获得反应动力学模型、反应速率常数及活化能等信息。在此基础上，优化组成与工艺并制备出高效、稳定的催化剂，并力图在新催化剂的设计与制备方面取得突破，为提高碘硫循环的整体制氢效率提供实验依据和理论基础。

热化学碘硫循环分解水制氢是一种很有前景的高效、无温室气体排放的大规模制氢方法。三氧化硫（SO3）分解反应是碘硫循与高温热源耦合的关键步骤，其单程转化率和反应速率对碘硫循环总制氢效率有重要影响；该反应需要在催化剂存在下进行。目前所用的催化剂大多为负载在不同载体上的Pt，存在价格昂贵、稳定性差、载体易发生硫酸化作用失效等问题。本项目开发了共沉淀-真空冷冻干燥-高温热解法制备复合金属氧化物亚铬酸铜和铁酸铜，系统研究了制备条件（金属盐离子浓度、沉淀剂种类、共沉淀过程温度、前驱体形成过程中的pH值、焙烧温度等）对得到产物的物相（XRD）、形貌（TEM）和比表面积（BET）的影响。在此基础上得到了优化的制备条件，并制备了分散性好、纯度高、粒径小、比表面积大的纳米CuCr2O4和铁酸铜。同时筛选出SiC做为载体，用浸渍法制备了Pt/SiC催化剂。将两类复合金属氧化物和Pt/SiC作为硫酸分解反应催化剂，系统研究了催化工艺，考察了制备方法、分解温度、空速等因素对催化活性的影响，并比较了多种催化剂的效果。将制备条件、表征结果与催化活性关联起来，证实了催化剂的制备方法和性质对催化活性的影响。通过应用前后的结构与性能变化比较，推测出了催化剂失活的机理。最后对催化剂的寿命进行了考查，并将亚铬酸铜催化剂在碘硫循环闭合原理验证实验中进行了应用。研究成果为碘硫循环的发展及提高效率打下了良好基础。