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CO-CO2-MoO3(g)化学气相沉积强化碳化钼超微粉体结构与催化性能的协同调控

批准号:
52104310
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
王璐
依托单位:
学科分类:
冶金物理化学与冶金原理
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
王璐

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
碳化钼具有类似铂族贵金属的电子结构和表面性质,在催化噻吩加氢脱硫方面表现出巨大潜能。针对传统制备方法碳化钼存在表层积碳、易团聚烧结、难以快速制取等关键问题,本项目拟以工业氧化钼为钼源,CO-CO2混合气体为还原碳化剂,提出一种基于CO-CO2-MoO3(g)化学气相沉积的高效制备方法。通过调控工业氧化钼本征属性和外在环境因素,首先研究原料的高温挥发行为,探索杂质组元的演变规律及其对三氧化钼挥发的影响机制。在此基础上,系统研究CO-CO2-MoO3(g)三元体系化学气相反应,获取其物相转变规律和形貌演变行为,揭示碳化钼超微粉体的成核长大机理以及多尺度结构调控机制。通过研究催化噻吩加氢脱硫反应前后碳化钼表面理化特征演变规律,建立表面结构与反应、传质间的内在联系,最终构筑碳化钼粉体结构与催化性能间的构效关系。研究结果可为高效规模制备催化性能优异的碳化钼超微粉体提供理论基础和新的思路。
英文摘要
Molybdenum carbide (Mo2C) has the similar catalytic performance as platinum group metals due to the unique electronic structure and surface property, which makes it widely used in the hydrodesulfurization of thiophene. In order to solve the problems of carbon deposition, reunion sintering, and hardly synthesis rapidly that existed in the traditional preparation method, a new route is proposed in the current project. Ultrafine Mo2C powder is prepared by the chemical vapor reaction of CO-CO2 mixed gases and vapor MoO3, in which industrial grade MoO3 is used as the raw material. By adjusting the intrinsic properties of industrial grade MoO3 and the external environmental factors, the project is first to study the vaporization behavior of raw material for the purpose of exploring the evolution law of impurities components and the formation mechanism of product. Afterward, the chemical vapor reaction behavior of the ternary system of CO-CO2-MoO3(g) is studied in order to illustrate the phase transformation law and reduction carburization mechanism, and the multi-scale structure regulation mechanism of ultrafine Mo2C powder is also obtained. Though the research of changes of physical and chemical properties of Mo2C powder before and after the catalytic reaction, the relationship between the structure and its catalytic performance for the hydrodesulfurization of thiophene is established. This results of the project will provide the theoretical basis and new route for the large-scale preparation of ultrafine Mo2C powder with high catalytic performance.
超细Mo2C因其独特的电子结构和表面性质,在化工领域展现出优异的催化性能。受制于传统方法所得碳化钼存在表层积碳、易团聚烧结、难以快速制取等问题,本基金提出一系列超细Mo2C制备方法。首先探讨工业氧化钼的挥发行为及其影响机制,在此基础上提出了CO-MoO3(g)化学气相沉积法;其次,项目研究了CO-15%CO2混合气体还原碳化MoO2法,并对其还原碳化机理和动力学进行了分析;最后,项目提出了CO程序升温还原h-MoO3法,并揭示了制备进程中的反应热动力学。结果显示,工业氧化钼在高温挥发进程中,杂质组元会严重影响其挥发速率,并且发现当厚度小于7 mm时,化学反应为控速环节,当厚度大于7 mm时,扩散过程则为主要控速环节。工业氧化钼高温挥发所得沉积产物主体为呈球形形貌的单斜三氧化钼,并且得出了制备单斜三氧化钼的最优条件,即,挥发温度1273 K,真空泵抽速4cm/s。在CO-MoO3(g)化学气相沉积法进程中,当载气和还原碳化剂均为CO时,单相Mo2C不能得以制出,产物为超薄MoO2和Mo2C,其中,Mo2C占比随着还原碳化剂CO流速的增加而逐渐增大。当载气为Ar气体时,通过合理调控载气流速和还原碳化剂CO流速,单相Mo2C能够得以制出,并据此得出了制备超薄Mo2C的最佳条件,即温度为1273 K至1323 K,载气Ar流速为100 mL/min,还原碳化剂CO流速为900 mL/min。在上述最佳条件下,化学气相沉积制备Mo2C的反应历程为MoO3→(MoO3)n(n=2,3,4,5)→MoO2→Mo2C。由于氧的脱除、碳的渗入以及反应过程中产物摩尔体积的不断缩减,超薄Mo2C比表面积较高,约为36.7m2/g。CO-15%CO2混合气体还原碳化MoO2进程中,结果表明制备过程由形核与核心长大模型和化学反应模型共同控速,其中前者占比68.9%,表观活化能为80.65kJ/mol;后者占比31.1%,表观活化能为121 kJ/mol。CO程序升温还原h-MoO3进程中,结果表明在升温阶段h-MoO3表面吸附水和铵根离子会优先去除,Mo2C的形成历程与升温速率密切相关,并且发现Mo2C的微观形貌与MoO2几乎相似。本项目应用CO-CO2-MoO3三元体系对超细Mo2C展开了制备研究,并提出了三种可能制备方法。项目的成功实施为工业规模生产超细Mo2C提供了方法借鉴。
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