火焰合成Pt修饰CuO氧载体低温化学链燃烧特性

龙周禾，徐祖伟，邹祥波，叶 骥，匡 草，赵海波

火焰合成Pt修饰CuO氧载体低温化学链燃烧特性

龙周禾1, 2，徐祖伟1, 2，邹祥波3，叶 骥3，匡 草3，赵海波1, 2

(1. 华中科技大学中欧清洁与可再生能源学院，武汉 430074；2. 华中科技大学能源与动力工程学院煤燃烧国家重点实验室，武汉 430074；3. 广东能源集团科学技术研究院，广州 510630)

采用火焰喷雾热解方法(FSP)合成了Pt修饰CuO纳米氧载体材料(FSP-Pt/CuO)，首先通过XRD、SEM等表征手段分析了Pt/CuO的结构和组成；通过热重分析仪、化学吸附仪对比研究了FSP 合成的CuO、Pt/CuO以及商用CuO纳米颗粒的化学链燃烧反应性能．结果表明，FSP-Pt/CuO氧载体材料与H2、CO、CH4的还原反应温度能够分别降低到200℃、105℃、290℃以下．进一步考察了H2、O2不同浓度对Pt/CuO氧载体还原、氧化特性的影响，并测试了Pt/CuO氧载体的低温化学链燃烧循环稳定性．最后通过Pt/CuO氧载体颗粒表面的氢溢流原理对低温化学链燃烧过程进行了模型机理解释．

火焰喷雾热解；氧化铜；氧载体；低温化学链燃烧

目前应用较多的低温氧载体主要有NiO、Fe2O3和 CuO 等．Xu等[10]提出了一种两阶段CLC过程(常规CLC与低温CLC结合)，采用水泥支撑的铜基载氧载体用于低温CLC，以消除未燃气体和提高CO2纯度，热重分析结果表明，铜/水泥载氧体在低温(300℃)下具有较快的氧化还原速率，流化床实验结果表明，该氧载体可以在低温下完全转化未燃烧的CO，且无团聚现象．Scott等[11]通过等离子体辅助填充床实验对4种材料的低温化学链甲烷重整反应性能进行了分析，结果表明在673K的反应温度下，NiO/Fe2O3在所有测试中表现出了最佳的反应性．Ranganathan等[12]也利用三步溶胶-凝胶工艺制备了镍基钙钛矿催化剂，并实现了在更低温度下的化学链甲烷重整反应．Joseph等[13]在氧化锆载体上负载不同的金属基催化剂并在低温(430～470℃)下实现了甲烷干重整催化反应．与纯氧化锆催化剂相比，负载金属的催化剂明显提高了氧载体在低温下的干重整活性．Gulec等[14]利用了一种固定床微活性反应器系统对CuO/Al2O3氧载体在低温下(482℃)进行了正十六烷与正庚烷的热裂解和甲烷燃烧实验，并揭示了燃料与氧载体等效比对燃烧的影响．陈超[15]发现相比于纯Co2O3氧载体而言，掺杂Ni的氧载体的还原温度大幅下降，氧载体的还原能力有了很大提高，归因于晶体结构的扭曲变形造成金属氧化物的键能降低，使得氧载体内部的晶格氧更易脱离束缚并迁移到表面．

本文采用火焰喷雾热解方法(FSP)合成了Pt修饰CuO纳米氧载体材料(Pt/CuO)，目的是通过在CuO氧载体表面极少量Pt的掺杂修饰对反应气体进行催化活化，降低反应热力学能垒，以获得较好的低温反应活性．表征和测试结果表明，FSP合成的Pt/CuO氧载体材料与H2的还原反应温度能够降低到200℃以下，且有较好的低温CLC循环稳定性．最后通过Pt/CuO氧载体颗粒表面的氢溢流原理对低温CLC过程进行了模型机理解释．

1 实验部分

1.1 样品制备

采用实验室尺度的火焰喷雾热解系统(NPS10，Tethis)合成Pt修饰CuO纳米氧载体，如图1所示，在合成过程中，前驱体溶液首先由注射泵注入喷雾热解系统，随后经过不锈钢毛细管喷入火焰燃烧区，火焰合成前驱体用量见表1．在前驱体溶液注入的毛细管旁，作为雾化气的氧气从环状孔隙中喷出，包含前驱体的乙醇液体在高速气流的作用下雾化，随后预先混合的氧气和甲烷被点燃形成支持火焰并提供热量使得前驱体液滴蒸发．伴随着液滴的不断减小，乙醇开始燃烧，乙醇中的溶质携裹在火焰中开始剧烈分解，前驱体在高温火焰中被破碎为离子或者原子状态．随着气流中原子或离子的浓度上升，这些原子或离子开始形成固体核，然后固体核之间发生热运动碰撞凝并，导致颗粒的尺寸增长．随着火焰温度的下降，颗粒在各种非共价键的作用下团聚形成软团聚体，最后在真空泵的辅助下被过滤器收集．

图1 火焰喷雾热解系统示意

表1 火焰合成前驱体用量

Tab.1 The amount of flame synthesis precursors

1.2 性能测试

在热重分析仪(TGS-3B，北京博渊公司)上进行程序升温氧化/还原反应，热重实验操作工况见表2．具体实验操作如下：称取30mg的新鲜氧载体样品平铺于氧化铝陶瓷坩埚内，并将坩埚置于热重分析仪中，实验开始前，用高纯氩气(99.99%)吹扫炉内空气，流速设置为100mL/min，吹扫时间为300s．随后切换炉内反应气氛(还原气氛或氧化气氛)，流速设置为50mL/min，设定好预定温度和升温速率，启动升温程序开始实验．待温度达到预定温度后等待10min，将气氛切换为氩气(99.99%)进行吹扫，流速设置为100mL/min，吹扫时间为300s，吹扫完成后结束实验．

表2 热重实验操作工况

Tab.2 Thermogravimetric experimental operating condi-tions

进一步在化学吸附仪(AutoChem Ⅱ 2920，Micromeritics)上进行氧载体H2-TPR、O2-TPO实验，具体实验操作如下：称量30mg样品放置于U型反应管中，在50mL/min的N2气氛下升温至150℃后持续吹扫1h．待温度和质量曲线稳定后，冷却至室温并切换气流至反应气氛(还原气氛为H2(10%)/Ar、氧化气氛为O2(10%)/Ar)后吹扫20min．随后样品在反应气氛下从室温升温到600℃，升温速率为10℃/min．检测信号通过化学吸附仪配置的热导检测器确定．

氧载体的定温循环反应实验在SETARAM SETSYS EVO同步热分析仪上进行，具体细节如下；实验开始前，先称取10mg的样品放入热重托盘，在50mL/min的氮气气氛下以5℃/min的速率升温到设定温度，等待质量曲线稳定后切换气流至50mL/min的还原气氛，还原时间为4min．随后气流切换至氮气气氛吹扫4min．氧化阶段将气流切换为 50mL/min的氧化气氛，氧化时间为5min．氧化阶段结束后再重复上述操作．在实验中将吹扫-还原-吹扫-氧化视为一个完整的循环反应过程．

2 结果与讨论

2.1 材料表征

图2为商用纳米CuO、FSP-CuO和FSP-Pt/CuO的 XRD 表征结果，从图中可以看出，3种样品均为氧化铜的晶相，与标准参考数据(JCPDS卡编号01-89-5898)的吻合度很高[19]．此外，通过Scherrer公式计算晶粒大小，两种FSP样品的晶粒约为5.27nm，商用CuO的晶粒约为19.93nm，表明通过火焰喷雾合成方法制得的样品具有非常小的粒径．在FSP-Pt/CuO的XRD图谱中没有观察到任何Pt组分的特征衍射峰，这表明Pt组分在 CuO表面上具有良好的分散性．此外，FSP-Pt/CuO和FSP-CuO两个样品的XRD图谱没有明显区别，这表明少量的Pt负载在颗粒表面并没有影响到CuO晶格参数．

图2 3种样品的XRD结果

此外，采用场发射扫描电子显微镜(FEI Sirion)对两种FSP样品进行了形貌和元素组成分析，结果如图3所示．从图(a)和(e)可以看出，FSP-CuO和FSP-Pt/CuO两种材料的外观形貌呈现为不规则的小团簇，形貌差异小，颗粒相对均匀，表明FSP合成的氧载体材料具有较有利于气固反应的结构特性．从两种FSP样品的Cu、O元素EDS能谱图(图(c)、(d)、(g)和(h))中都可以清晰地看出Cu、O两种元素的均匀分布，从FSP-Pt/CuO的Pt元素 EDS 能谱图(f)中可以明显看到Pt活性组分的均匀分布且无明显团聚现象，这也印证了XRD表征结果中Pt组分具有良好的分散性．

图3 氧载体材料的微观形貌

2.2 程序升温还原实验

采用热重分析仪对3个样品(空白组SiO2，对照组商用纳米CuO，实验组FSP-Pt/CuO)进行了热重程序升温还原实验，实验中还原气氛均采用体积分数1%的H2并保持5℃/min的升温速率．如图4所示，从空白样SiO2的实验结果中可以看出，空白样SiO2在整个升温还原过程中质量曲线较为平稳，没有出现大的波动，这一结果排除了在实验中可能出现的干扰并保证了热重分析仪的结果准确性．对于商用CuO材料，在整个升温还原过程中，质量曲线没有出现明显的下降趋势，表明商用CuO在300℃以下的温度区间内没有发生还原反应．周仁贤等[16]在氢气体积分数为5%的反应气氛下对纯CuO进行了TPR实验后发现CuO氧载体的起始还原温度为325℃．Boyce等[17]在氢气体积分数为6%的反应气氛下对纯CuO材料进行了TPR实验(升温速率为10℃/min)，结果表明CuO的还原温度在321～373℃区间范围内．因此可以看出在本实验中商用CuO材料没有发生反应是符合预期的．对于FSP-Pt/CuO材料，当温度达到210℃时，质量便开始下降，可以看出相比于商用CuO，该材料的起始还原温度明显降低．经过一段时间后质量变化趋于平稳，在还原阶段相对质量下降了17.26%，接近于CuO被还原到Cu的相对质量下降理论值20.0%．

图4 热重程序升温还原测试结果

从热重的实验结果中可以明显看出，不同材料的起始还原温度有着比较明显的差异，为了进一步验证这一结果，对3种样品(商用CuO、FSP-CuO、FSP-Pt/CuO)在化学吸附仪上进行了H2-TPR实验，结果如图5所示，可以看出3种样品的TPR谱图中均出现了两个还原峰，据文献[18]报道，出现两个还原峰是由于不同CuO物种的分步还原导致的．在相对低温下的还原峰a是由于高分散态的氧化物种的还原，而还原温度较高的还原峰β则归功于较大晶体氧化物种的还原．与商用CuO相比，通过火焰喷雾热解合成的材料两个还原峰出现的温度明显更低．这表明通过火焰合成方法一步合成的样品相比于商用CuO具有更优秀的反应性能，且FSP-Pt/CuO的两个还原峰的温度也略低于FSP-CuO，高度也更高．这表明了Pt的修饰可以明显降低还原温度，提高氧载体的反应性能．

图5 不同氧载体材料的H2-TPR测试结果

2.3 气氛浓度对氧载体反应特性的影响

从之前的实验结果中可以看出，相比于商用CuO和FSP-CuO材料，FSP-Pt/CuO的反应起始还原温度相对更低，反应性能更好．因此进一步了研究不同气氛浓度对于FSP-Pt/CuO反应过程的影响，采用SETARAM SETSYS EVO同步热分析仪对FSP-Pt/CuO在4种不同气氛浓度下进行TPR/TPO实验．如图6所示，在TPR实验结果中可看出，随着氢气体积分数的增加，FSP-Pt/CuO的还原起始温度逐渐降低，失重速率逐渐提高．当氢气体积分数小于5%时，氢气浓度对于还原起始温度和失重速率的影响十分明显．

图6 不同氢气体积分数下300℃TPR曲线

从TPO实验结果(如图7所示)可以看出，随着氧气浓度的升高，氧化起始温度逐渐降低，同时可显著加快氧载体的氧化反应速率．总体而言，在不同的气氛浓度下氧载体会表现出不同的反应性能，提高反应气体浓度对于FSP-Pt/CuO的还原/氧化反应都有促进作用．Boyce等[17]发现对于商用CuO材料，在其他实验条件相同的情况下，采用100% H2还原气氛的CuO还原温度(464K)要明显低于6% H2还原气氛下CuO的还原温度(602K)，表明了气氛浓度也是影响氧载体材料反应性能的重要因素．

进一步对比FSP-Pt/CuO在不同气氛浓度下的起始还原/氧化温度，如图8所示，随着反应气浓度的逐步提高，不论是起始还原温度还是起始氧化温度都会逐步降低．同时可以发现，在相同的浓度下，FSP-Pt/CuO的起始还原温度均明显高于起始氧化温度．

图7 不同氧气体积分数下300℃TPO曲线

图8 FSP-Pt/CuO在不同气体体积分数下的起始还原/氧化温度

对不同气体浓度下FSP-Pt/CuO反应过程中的热效应进行了分析，在H2气氛下，CuO与H2发生还原反应，CuO(s)+H2(g)＝Cu(s)+H2O(g)，反应焓变 Δ＝-84.5kJ/mol(298K)[20]，为放热反应．CuO与O2发生氧化反应，Cu(s)+O2(g)＝CuO(s)，属于放热反应[21]．如图9可见，在还原阶段当温度大于160℃，在10% H2还原气氛下的样品热流曲线开始出现放热峰，且随着温度的逐步提高，不同还原气氛下样品的放热峰依次出现．这与图8的实验结果相吻合．但相比于10%和5%还原气氛下的氧载体放热峰而言，2%、1%还原气氛下的放热峰则明显更低，说明在高还原浓度下FSP-Pt/CuO的还原反应更为剧烈．这也表明了在不同的氢气浓度下氧载体的热力学性质也不同．

图9 不同氢气体积分数下的热流曲线

在氧化阶段，如图10可见，FSP-Pt/CuO样品的放热峰出现的温度相比还原阶段更低，10%O2氧化气氛下样品的热流曲线在90℃左右开始出现放热峰，且随着氧气浓度的逐步降低，放热峰出现的温度也逐渐提高，放热峰的高度也随之降低．可以看出FSP-Pt/CuO的反应性能也随着氧气浓度的降低而 降低．

使用FSP-Pt/CuO样品进行了多次氧化还原循环实验来测试其稳定性能．在实验中保持还原/氧化气氛变化如图11所示(180℃ Pt/CuO)，经过多个低温氧化-还原循环周期，氧载体的质量基本能够恢复到初始状态，但存在3%左右的质量损失．Xu等[10]对未煅烧的CuO进行化学链循环测试中也发现，当在500℃下氧化300℃下进行还原时CuO氧载体的失重率约为2.7%，氧化温度对于氧载体的可用氧容量有比较大的影响．在本实验中，不同的气氛浓度对于FSP-Pt/CuO样品的循环稳定性影响不大，但在反应过程中仍出现氧载体质量无法完全恢复的情况，其失重率与文献中所报道的大致相同．

图11 FSP-Pt/CuO的氧化还原循环测试

2.4 不同还原气氛对氧载体反应特性的影响

除了H2之外，CO和 CH4也是两种常见的还原性气体产物，这两种反应气体也常常在化学链燃烧系统中充当气体燃料．为了更加系统性地探究火焰合成CuO氧载体的反应能力和实用性，分别对这两种氧载体分别进行了程序升温还原实验，具体的实验步骤与H2-TPR实验过程相同(还原气体积分数为10%)，结果如图12和图13所示．从两种氧载体的 CO-TPR曲线中可以看出，两种火焰合成的氧载体材料与一氧化碳的起始反应温度均在100～200℃，火焰合成CuO氧载体的起始反应温度为153℃，Pt修饰CuO氧载体的起始反应温度为105℃．通过对比之下两者的反应温度可以看出，Pt修饰对于降低CuO氧载体的起始还原温度有积极作用．同时火焰合成的CuO氧载体的TPR曲线呈现出明显的两段反应规律，第1段为153～200℃区间段，第2段为250～310℃区间段．且在两段反应过程中氧载体的质量变化量均为10%，与CuO→Cu2O和Cu2O →Cu两段反应的质量变化量相同．因此认为，在CuO氧载体的TPR实验中，固体氧载体与CO的反应是逐步进行的．而在Pt负载的CuO氧载体的TPR实验结果中，并没有发现明显的两段反应过程，说明固体氧载体与CO的反应是一步完成的．这表明了Pt修饰CuO氧载体与CO的反应过程更快，反应能力更好．进一步证明了Pt修饰对CuO氧载体反应性的促进作用．

图12 火焰合成氧载体的CO-TPR曲线

图13 火焰合成氧载体的CH4-TPR曲线

从两种氧载体的CH4-TPR曲线中也可以看出，两种火焰合成的氧载体材料与还原性气体的起始反应温度均在200～300℃，火焰合成的CuO氧载体的起始反应温度为210℃，Pt负载的CuO氧载体的起始反应温度为290℃．通过对比可以看出，通过Pt负载的方式可以明显降低CuO氧载体与甲烷的起始还原温度．但无论是否负载了贵金属元素Pt，氧载体的TPR曲线均呈现出两段反应的规律，且在两段反应过程中氧载体的质量变化量均为10%．因此分析在两种氧载体的TPR实验中，固体氧载体与甲烷的反应是逐步进行的．而Pt的负载可以有效降低反应温度，但是在低温的情况下，Pt修饰对CuO氧载体与甲烷反应性的促进作用明显弱于CO．

2.5 机理分析

FSP-Pt/CuO氧载体和商用CuO氧载体的TPR结果相比，FSP-Pt/CuO的两个还原峰出现的温度明显更低，通过XRD、SEM表征可以看出，火焰喷雾合成的氧载体材料的晶粒尺寸更小，而较小的晶粒尺寸可以提供较大的比表面积，所以晶粒尺寸的不同会显著影响氧载体的反应性．比表面积是催化活性的一个关键因素，当催化剂的比表面积足够大时，它所能提供的活性位点数目也越多，从而提高了材料本身的反应活性．

在FSP-Pt/CuO氧载体和FSP-CuO氧载体的TPR结果中可以看出，由于氢溢流效应[22-23]，Pt组分对CuO与H2的反应有催化作用，降低了反应能垒．如图14所示，在反应过程中负载在CuO上的Pt组分具有合适d带空穴的金属，与H2的相互作用强度适中，可以吸附并解离H2并转变为活性氢自由基．随后在可还原的CuO载体上，从Pt组分中溢流出的高活性氢自由基与CuO接触并发生还原反应．在Pt−CuO界面上，高活性氢自由基按照Cu2+→Cu+→Cu的顺序逐步还原铜组分．氢溢流效应极大地提高了氢原子的还原能力，从而显著降低CuO的还原温度．

图14 FSP-Pt/CuO氢溢流反应机理示意

3 结 论

本文采用火焰喷雾热解方法(FSP)合成了Pt修饰CuO纳米氧载体材料(FSP-Pt/CuO)，表征和测试结果表明FSP-Pt/CuO氧载体材料与3种典型可燃气体(H2、CO、CH4)及O2的还原-氧化反应温度能够显著降低，且有较好的低温化学链循环稳定性．具体结论如下：

(1)FSP-Pt/CuO纳米氧载体具有更低的起始反应温度和更优异的反应性能，与H2的反应温度降低到了180℃，相比商用CuO纳米材料，反应温度降低幅度达到120℃以上；与O2的反应温度约为100℃．并且在CO和CH4作为还原气体时，Pt的负载同样可以有效的降低反应温度50～80℃．

(2)对于FSP-Pt/CuO氧载体而言，不同的反应气氛浓度会显著影响氧载体的低温反应性能，更高的反应气氛浓度有助于氧载体在低温下的氧化还原反应；在不同还原气氛下，经过多个低温氧化-还原循环周期后，氧载体的质量基本能够恢复到初始状态，保证了自身的循环稳定性．

(3)在CuO氧载体表面修饰极少量Pt(摩尔分数0.05%)达到了对反应气体进行催化活化，降低反应热力学能垒，获得较好的低温CLC反应活性，通过氢溢流原理对低温化学链循环过程进行了模型机理解释．

［1］ Anders Lyngfelt. Chemical-looping combustion of solid fuels：Status of development[J].，2014，113：1869-1873.

［2］ Abad A，Adánez J，Gayán P，et al. Conceptual design of a 100 MWth CLC unit for solid fuel combustion[J].，2015，157：462-474.

［3］ 李梦双，彭 鹏，田 鑫，等. LaFeO3氧载体在乙烷化学链干重整中的性能评估[J]. 燃烧科学与技术，2022，28(1)：70-77.

Li Mengshuang，Peng Peng，Tian Xin，et al.Performance evaluation on LaFeO3oxygen carriers in chemical looping dry reforming of ethane[J].，2022，28(1)：70-77(in Chinese).

［4］ Adánez J，Abad A，Garcia-Labiano F，et al. Progress in chemical-looping combustion and reforming technologies[J].，2012，38：215-282.

［5］ Adánez J，Abad A，Mendiara T，et al. Chemical looping combustion of solid fuels[J].，2018，65：6-66.

［6］ Zhao Haibo，Tian Xin，Ma Jinchen，et al. Development of tailor-made oxygen carriers and reactors for chemical looping processes at Huazhong University of Science & Technology[J].，2020，93：102898.

［7］ Jafarian M，Arjomandi M，Nathan G J. Influence of the type of oxygen carriers on the performance of a hybrid solar chemical looping combustion system[J].，2014，28(5)：2914-2924.

［8］ Li Danyang，Xu Ruidong，Gu Zhenhua，et al. Chemical-looping conversion of methane：A review[J].，2019，25：944-964.

［9］ Luo Ming，Yi Yang，Wang Shuzhong，et al. Review of hydrogen production using chemical-looping technology[J].，2018，81：3186-3214.

［10］ Xu Lei，Li Zhenshan，Sun Hongming，et al. Low-temperature chemical looping combustion for removing unburnt gaseous components with a cement-supported CuO oxygen carrier[J].，2013，27：6872-6879.

［11］ Zheng Yaoyao，Marek Ewa J，Scott Stuart A. H2production from a plasma-assisted chemical looping system from the partial oxidation of CH4at mild temperatures[J].，2020，122：1385-8947.

［12］ Ranganathan R V，Jony B，Fondriest S M，et al. Plasma-catalysis chemical looping CH4reforming with water splitting using ceria supported Ni based La-perovskite nano-catalyst[J].Journal of CO Utilization，2019，32(C)：11-20.

［13］ Elsayed N H，Roberts N，Joseph B，et al. Low temperature dry reforming of methane over Pt–Ni–Mg/ceria–zirconia catalysts[J].：，2015，179：213-219.

［14］ Gulec F，Meredith W，Sun C G，et al. Selective low temperature chemical looping combustion of higher alkanes with Cu- and Mn- oxides[J].，2019，173(APR. 15)：658-666.

［15］ 陈 超. 多组分钴基载氧体低温化学链VOCs脱除特性研究[D]. 南京：东南大学能源与环境学院，2018.

Chen Chao. Removal Characteristics of Low-Temperature Chemical Looping VOCs from Multi-Component Cobalt Oxygen Carriers[D]. Nanjing：School of Energy and Environment，Southeast University，2018(in Chinese).

［16］ 周仁贤，陈 平，郑小明，等. CuO/ZrO2活性组分与载体相互作用及其TPR特性[J]. 物理化学学报，1996，12(5)：464-467.

Zhou Renxian，Chen Ping，Zhang Xiaoming，et al. Interaction of CuO/ZrO2active Components with carrier and TPR characteristics[J].，1996，12(5)：464-467(in Chinese).

［17］ Boyce A L，Graville S R，Sermon P A，et al. Reduction of CuO-containing catalysts，CuO：I：TPR and TGA[J].s，1991，44(1)：1-11.

［18］ Kang M，Kim W，Joo J，et al. Performance of CuO/Al2O3catalysts promoted by SnO2and ZrO2in the selective oxidation of carbon monoxide[J].，2009，132(3)：417-421.

［19］ Mohammed W，Mubark T，Al Haddad R. Effect of CuO nanoparticles on antimicrobial activity prepared by sol-gel method[J].，2018，13：10559-10562.

［20］ Tang H，Feng Xianghua，Li Chaobi，et al. Study on the experimental reaction mechanism of hydrogen and carbon monoxide reduction of copper oxide[J].，2016，9：57-59.

［21］ 卢振华. 单晶铜氧化行为的研究[D]. 兰州：兰州理工大学材料科学与工程学院，2010.

Lu Zhenhua. Study on Oxidation Behavior of Single Crystal Copper[D]. Lanzhou：School of Materials Science and Engineering，Lanzhou University of Technology，2010(in Chinese).

［22］ Belousov V，Vasylyev M，Lyashen Ko，et al. The low-temperature reduction of Pd-doped transition metal oxide surfaces with hydrogen[J].，2003，91(2-3)：143-150.

［23］ Prins R. Hydrogen spillover facts and fiction[J].，2012，112(5)：2714-2738.

Low Temperature Chemical Looping Combustion Characteristics of Pt Modified CuO Oxygen Carrier by Flame Synthesis

Long Zhouhe1, 2，Xu Zuwei1, 2，Zou Xiangbo3，Ye Ji3，Kuang Cao3，Zhao Haibo1, 2

(1. China-EU Institute for Clean and Renewable Energy，Huazhong University of Science and Technology，Wuhan 430074，China；2. State Key Laboratory of Coal Combustion，School of Energy and Power Engineering，Huazhong University of Science and Technology，Wuhan 430074，China；3. Institute of Science and Technology，Guangdong Province Energy Group Co. Ltd，Guangzhou 510630，China)

The Pt-modified CuO nanocarrier materials(FSP-Pt/CuO)were synthesized by flame spray pyrolysis(FSP)method，and the structure and composition of Pt/CuO were firstly analyzed by XRD and SEM characterization. The reaction performance of FSP-synthesized CuO，Pt/CuO and commercial CuO nanoparticles was investigated by thermogravimetric analyzer and chemisorption analyzer. The results showed that the reduction reaction temperature of FSP-Pt/CuO oxygen carrier materials with H2，CO and CH4could be reduced below 200℃，105℃ and 290℃，respectively. The effects of different concentrations of H2and O2on the reduction and oxidation properties of Pt/CuO oxygen carriers were investigated，and the stability of Pt/CuO oxygen carriers in low-temperature chemistry looping combustion cycles was tested. Finally，the model mechanism of low-temperature chemical looping combustion process was explained by the principle of hydrogen overflow on the surface of Pt/CuO oxygen carrier particles.

flame spray pyrolysis；copper oxide；oxygen carrier；low temperature chemical looping combustion

TK11

A

1006-8740(2024)01-0061-08

2023-02-06．

国家重点研发计划资助项目(2021YFF0601001)；国家自然科学基金资助项目(51920105009，52025063).

龙周禾(1998— )，男，硕士研究生，17772286531@163.com.

赵海波，男，博士，教授，hzhao@mail.hust.edu.cn.

(责任编辑：梁 霞)