氢气和氮气催化合成氨反应是二十世纪最重要的发明之一,但是熔铁型催化剂高能耗、Ru/C催化剂稳定性不足等原因迫使人们一直在探索更稳定高效的氨合成催化剂。我们试图以CeO2为载体、Co或Ru为活性金属,通过改变CeO2载体的形貌、助剂和钌金属负载量制备出一系列氧化铈负载金属催化剂,考察影响催化剂氨合成性能的主要因素。本论文的主要成果和结论:(1)CeO2载体的不同形貌(多面体状、纳米棒状和六边形)影响了氧化铈负载钴催化剂中的氧化钴的含量和CeO2的还原性。多面体状氧化铈负载Co时,有大量CeO2被还原,因此催化剂中Ce3+的浓度最大,Co结合能最低,这使其氨合成活性最高。氧化铈负载钴催化剂中存在少量Ba助剂后促进其对氢气和氮气的吸附;但大量Ba加强了催化剂对氮气的吸附,但也抑制了氢气的吸附。K助剂的存在则抑制了氢气和氮气在低温时吸脱附。因此,少量Ba助剂存在提高了催化剂的活性,而K助剂及大量Ba助剂的存在则使催化剂的活性降低。(2)多面体和纳米棒状CeO2表面的钌更多以Ru4+离子存在且结晶度较低,而纳米立方体CeO2表面钌的粒径较大且有较大比例钌金属存在。钌的引入既通过Ce4+转化为Ce3+又通过Ru-O-Ce键的形成来提高氧空位浓度。低结晶度的钌和大量的氧空位的存在提高了多面体和纳米棒状氧化铈负载钌催化剂对H2和N2的吸附,同时促使羟基以氢气脱附的路径反应。立方体氧化铈负载钌催化剂表面的钌粒子尺寸较大氧空位浓度较低,不利于氮气和氢气的吸附,大量的氢以水的形式被消耗,氨合成活性较差。(3)不同Ru/Ce02催化剂的氨合成活性差异并不是由于催化剂的比表面积和氧空位的不同所引起的。低负载量钌催化剂中大部分钌金属可以吸附CO等气体分子,此时催化剂的TEM表征结果得到钌金属平均粒径与CO化学吸附结果相一致。高钌负载量的Ru/CeO2催化剂中出现了钌金属粒子的团聚,这些聚集成大尺寸钌金属颗粒的钌金属部分不能吸附CO等气体分子。因此以钌金属的单位质量计,催化剂的氨合成反应速率较低。本论文从多角度研究了 CeO2负载金属催化剂性质和氨合成活性的影响因素,这可以为高效氨合成催化剂的制备方法提供思路和理论指导。