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user: 4. 实验结果 载体SDB的各种物理性质说明见表2，由于是全粒度，需要筛分出不同粒径的载体来进行比较分析。 筛选出五种粒径的SDB载体制备出Pt-SDB催化剂，进行比较试验，具体见表3。 Table 2 Physical properties of SD 物理性质 SDB 粒度(粒径范围0.3~1.25 mm)，% > 95 含水量，% 56~66 湿真密度，g/mL 1.00~1.07 湿视密度，g/mL 0.61~0.70 比表面积，m 2 /g 500~600 骨架密度，g/mL 1.03~1.07 平均孔径，nm 29~30 孔隙率，% 50~60 孔容，mL/g 1.20~1.24 表2. SDB物理性质 Table 3 Pt-SDB particle size tabl Pt-SDB样品 目数(目) 粒径(mm) 平均粒径(mm) 1 45~40 0.4~0.45 0.425 2 40~35 0.45~0.5 0.475 3 35~30 0.5~0.6 0.55 4 30~25 0.6~0.71 0.655 5 25~20 0.71~0.9 0.805 表3. Pt-SDB粒径表 五种粒径的SDB载体按照前文所述浸渍法制备成Pt-SDB样品1、2、3、4、5，进行测试与分析比较。 4.1. 催化测试结果与分析 图2展示了五种Pt-SDB样品催化常温氢氧复合达到一定稳态时，反应器内温度分布及各个部位反应程度的变化。以中心轴温为主，外部径温为辅，确定近似等温区域，以反应程度做线性回归，得到的导数换算为以催化剂质量为基准的催化效率。表4中列出各样品的反应程度，阴影突出部分为近似等温区域。 图2. 样品的催化性能测试图 Table 4 Catalytic test calculation results of Pt-SD 样品 1 2 3 4 5 5 cm 0.6668 0.0174 0.4813 0.6022 0.0159 11 cm 0.2174 0.0237 0.6434 0.1079 0.2205 17 cm 0.6217 0.0340 0.7599 0.3890 0.3174 23 cm 0.9162 0.1126 0.9390 0.5729 0.7007 29 cm 0.9733 0.2866 0.9737 0.8298 0.9136 33 cm 0.9789 0.3734 0.9788 0.8863 0.9492 催化效率/g −1 0.4604 0.4133 0.3866 0.6160 0.7810 等温区温度/℃ 67.59 66.86 66.83 65.78 63.98 表4. Pt-SDB催化测试计算结果 如图3所示，随着样品粒径的增大，催化剂催化常温氢氧复合反应的温度会下降，前三种样品的催化效率也随之下降，符合“温度越高，催化效率越大”的基本认知。值得注意的是，样品4与样品5呈现出很好的催化性能，在保持反应等温区维持在低温状态的同时，催化效率也明显高于前三种样品。 图3. 样品的催化性能比较图 4.2. BET分析 图4为五种粒径的载体SDB以及浸渍法制备成的Pt-SDB催化剂的氮气吸脱附等温线，与国际理论和应用化学联合会 (International Union of Pure and Applied Chemistry， IUPAC)分类的6种吸附等温线对比，发现载体的曲线均为IV型等温线，回滞环上均有饱和吸附平台，反映孔径分布较均匀。根据与IUPAC分类的4种回滞环对比，基本属于H1型，反映的是两端开口的管径分布均匀的圆筒状孔，H1型回滞环可在孔径分布相对较窄的介孔材料，和尺寸较均匀的球形颗粒聚集体中观察到。 图4. SDB和Pt-SDB的吸附等温线 而通过浸渍高温氢气还原后，五种催化剂样品除了样品4还能保持IV型等温线和H1型回滞环外，其他四种样品的吸附等温线及回滞环表明催化剂的载体出现了不同程度的狭缝。为进一步分析其孔径变化，采用DFT方法计算各个样品的孔径分布。 图5为五种粒径的载体及催化剂的孔径分布，发现经过制备后，催化剂5 nm以上的孔径发生了不同程度的损耗，其中样品4的大孔结构得到了最好的保存，表5列出了五种载体及催化剂的孔结构信息。 由表中信息可知，经过制备后，催化剂的孔容相比于载体明显下降的同时，比表面积却增加了(其中样品3的比表面积下降很小)，与前文根据吸附等温线及回滞环关于狭缝产生的判断相互支持。样品5与样品4的比表面积增加得最多，与催化性能测试结果的变化相同。 图5. SDB和Pt-SDB的孔径分布 Table 5 Pore structure information of SDB and Pt-SD SDB载体/Pt-SDB催化剂 孔容(mL/g) 比表面积(m 2 /g) 平均孔径(nm) 1 1.776/1.012 583.734/616.740 3.179/2.583 2 1.645/1.139 540.635/544.995 3.537/2.583 3 1.713/0.988 561.300/556.164 3.179/2.583 4 1.549/1.482 512.784/575.326 3.179/2.583 5 1.420/1.162 486.978/632.810 3.179/3.179 表5. SDB和Pt-SDB的孔结构信息 4.3. TEM表征 图6为五种Pt-SDB催化剂样品在相同放大倍数下的TEM图片，其中样品4的Pt粒子明显少于其他四种样品，并且在进行TEM表征的过程中，发现样品4中有大量Pt粒子呈喷洒状分布于铜电栅中，说明样品4的Pt粒子与载体SDB的附着度很低，不利于长时间催化常温氢氧复合。 样品1到样品3中，Pt粒子的粒径分布逐渐趋于均匀，在孔结构改变类似的情况下，是由于SDB粒径逐渐增加，浸渍液分布逐渐深入孔内，最终生成粒径更均匀的Pt粒子。 样品5中的Pt粒子粒径均匀程度与样品3不相上下，但样品5中的Pt粒子明显更多，说明比表面积的增大以及狭缝的产生有利于更多Pt粒子的生成与附着。 图6. Pt-SDB样品的TEM表征 4.4. 红外光谱分析 如图7所示为载体与五种Pt-SDB催化剂样品的红外光谱曲线，六条曲线的出峰位置与强度大致相同，说明催化剂中Pt粒子与载体SDB之间并未形成共价键，Pt粒子通过范德华力附着在载体SDB的孔内。结合TEM表征分析，通过范德华力附着在SDB的大孔中的Pt粒子很容易在各种操作过程中大量损耗，而狭缝的产生能够更好地固定Pt粒子，同时为更多的Pt粒子提供附着点。 图7. 载体和样品的红外光谱曲线 4.5. 综合比较 在浸渍静置之后、干燥之前，观察到随着粒径的增大，载体SDB外表面逐渐由湿润状态变为干燥状态，结合TEM表征结果，浸渍液停留在表面导致浅层Pt粒子生长更大，进而使得Pt粒子粒径更不均匀。样品1到样品3的催化效率降低，等温区温度降低，说明浅层生成的大粒径Pt粒子有利于提高催化效率，但对散热性不友好。 高温氢气还原之后，样品孔结构发生改变，不同程度地产生狭缝，减少大孔占比。狭缝的产生降低了催化剂的散热性，但能固定住更多的Pt粒子，同时使Pt粒子分散度大大增加，大粒径Pt粒子的减少也降低了反应热量的积累，总体上是利于Pt-SDB催化常温氢氧复合的。 在常温氢氧复合的装料过程中，观察到前三种样品由于粒径过小，会团聚于填料内腔；而样品4和样品5由于粒径与填料尺寸相近，只要充分搅拌，就可以在填料中以单个颗粒的状态分散开来。催化剂的团聚近似于Pt粒子分布不均的大粒径催化剂，导致催化性能变差，这解释了催化测试结果中，样品4和样品5的表现明显优于前三种样品的现象。 样品4与样品5粒径相差不大，作用机制不同。样品4的大孔结构使其散热性很强，但Pt粒子通过范德华力附着于大孔孔壁并不稳固，Pt粒子损耗太大是不可忽视的缺点。样品5的狭缝增大了比表面积，Pt粒子的良好分散大大降低了对散热性的需求，最终表现出最优催化性能。