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研究生： 趙科量
Ke-Liang Jau
論文名稱： 銅觸媒催化甲醇的部分氧化反應來製造氫氣
Selective Production of Hydrogen from Partial Oxidation of Methanol over Copper Catalysts
指導教授： 葉君棣
Chuin-Tih Yeh
口試委員:
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 理學院 - 化學系
Department of Chemistry
論文出版年： 2005
畢業學年度： 93
語文別： 中文
論文頁數： 80
中文關鍵詞： 甲醇部分氧化 、氫氣製造 、銅金屬 、高表面積氧化鋅
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    • 本研究的目的為製備高活性的Cu/Zn觸媒，用於催化甲醇的部分氧化反應（partial oxidation of methanol，POM）來製造氫氣的裕氣（hydrogen-rich gas，HRG），以作為質子交換膜燃料電池（proton exchange membrane fuel cell，PEMFC）的燃料。以不同的氧化鋅作為支撐物，探討氧化鋅的表面積對於催化活性的影響，以及添加氧化鈰對觸媒的幫助。
    本研究使用了四種不同表面積的氧化鋅，第一種為碳酸鋅在350 oC溫度下分解而成，其具有最高的表面積（56 m2/g），第二種為以硝酸鋅經由沉澱法所製得，其表面積為25 m2/g，其餘兩種為商業化氧化鋅，其表面積分別為13 m2/g及5 m2/g，並以此四種不同表面積的氧化鋅為載體，利用沉積沉澱法（deposition precipitation method）將銅與鈰一同支撐在氧化鋅上，製備出Cu30/Ce20Zn觸媒。
    Cu30/Ce20Zn-D觸媒在反應溫度200 oC下，甲醇轉化率達到87%，氫氣選擇率98%，二氧化碳選擇率99%。POM活性的測試發現隨著氧化鋅表面積的增加，氫氣選擇率和二氧化碳選擇率也會同步的上升，這是由於氧化鋅具有脫氫的效果，當銅金屬與高表面積的氧化鋅之間有更多的接觸面積，甲醇所分解的氫氣將更容易經由氧化鋅來作脫附，避免被吸附在銅表面上的氧氧化。此外，添加的鈰可作為氫氣脫附的媒介，幫助氫氣溢流（spillover）到氧化鋅上，再經由氧化鋅脫附。

    第一章 緒論 1 1-1 前言 1 1-2 燃料電池的介紹 1 1-3 氫氣的供應、儲存與運輸 3 1-4 甲醇重組來製造氫氣 6 1-5 文獻回顧 10 1-5-1 Cu/Zn催化劑與製氫反應 10 1-5-2 氧化鈰促進劑 14 1-5-3 氧化鋅 17 1-6 研究方向 18 第二章 實驗 19 2-1 藥品 19 2-2 氧化鋅的製備 20 2-2-1 以沉澱法(precipitation method)製備氧化鋅 20 2-2-2 以鍛燒法分解ZnCO3 20 2-3 以沉積沉澱法(deposition-precipitaion)製備銅觸媒 20 2-4 樣品的命名 21 2-5 觸媒的特性鑑定 23 2-5-1 熱分析儀（TG/DTA） 23 2-5-2 程溫還原反應 23 2-5-3 銅觸媒分散度測量 23 2-5-4 BET 表面積測量 26 2-5-5 元素分析(ICP-AES) 30 2-5-6 穿透式電子顯微鏡(TEM) 30 2-5-7 X光粉末繞射儀(XRD) 30 2-6 觸媒的POM反應活性測試 31 第三章 結果與討論 36 3-1 氧化鋅的特性鑑定 36 3-1-1 熱分析（TG/DTA） 36 3-1-2 表面積的量測（BET） 39 3-1-3 X光粉末繞射（XRD） 39 3-1-4 以TEM觀察氧化鋅顆粒大小 39 3-2 氧化鈰與金屬之間的作用力 43 3-3 銅觸媒的特性鑑定 45 3-3-1 程溫還原分析（TPR） 45 3-3-2 分散度的測量 45 3-3-3 以XRD觀察銅顆粒大小 48 3-3-4 以TEM觀察銅顆粒大小 52 3-4 甲醇的部分氧化（POM）反應活性 56 3-4-1 鈰與氧化鋅對反應活性的影響 56 3-4-2 氧化鋅表面積對反應活性的影響 59 3-4-3 氧醇比（O2/MeOH）對催化活性的影響 62 3-4-4 反應溫度對催化活性的影響 62 3-5 觸媒催化POM反應的機制 65 3-6 製程的比較 68 3-6-1 甲醇的氧化性蒸氣重組（OSRM）反應活性 68 3-6-2 甲醇的蒸氣重組（SRM）反應活性 68 3-6-3 POM、OSRM、SRM反應活性比較 68 3-7 未來的研究方向 72 第四章 結論 74 第五章 參考文獻 75

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