祝贺课题组张泽的论文：Preferential oxidation of CO in H₂-rich gas via chemical looping combustion with Ce-doped CuO oxygen carriers被Proceedings of the Combustion Institute收录，赵海波教授、徐祖伟副教授为共同通讯作者，硕士生张泽为第一作者。

传统的CO优先氧化法（CO-PROX）通过将少量氧气或空气加于富氢气中，为反应供氧，在催化剂的作用下，将CO选择性氧化成CO₂，可以将富氢气体中少量的CO去除到ppm级别，最终得到高纯氢来供应诸如质子交换膜燃料电池等。这种传统技术会带来一系列的安全隐患和氢气污染问题，基于目前传统CO-PROX存在的这些问题，我们将化学链燃烧技术应用到优先氧化中提出了化学链优先氧化工艺（CL-PROX），通过固体化学储氧载体将氧气与燃料气分隔开来进行氧化还原循环。

在本研究中，创新性地将化学链燃烧技术应用于CO的优先氧化，成功实现了氢气富集气体中CO的优先催化转化。通过溶胶-凝胶法合成了Ce掺杂CuO氧载体，并研究了它们在化学链优先氧化（CL-PROX）过程中对CO的反应活性和氧载体循环稳定性。随后，仔细研究了金属离子之间的相互作用及其在氧载体氧化还原循环中的演变。此外，通过结合非等温动力学实验，计算了氧载体与CO和H₂反应的表观活化能，从反应动力学角度解释了氧载体优先氧化CO的原因。成功应用化学链进行氢气富集气体中CO的优先氧化，不仅为H₂净化提供了新的研究方向，也为研究基于铜-铈协同效应的铜铈氧载体在化学链条件下的优先氧化还原机制提供了新的见解和理论基础。

通过立式固定床反应器测试了氧载体在常压下的反应性能，可以看出0.8Cu/Ce氧载体在125 ℃至170 °C之间达到并保存100%的CO转化率，CO选择性维持在25%左右。

图1 氧载体110-200 ℃定温CO转化率、H₂转化率及CO选择性

对新鲜和还原样品进行了HRTEM表征，能谱图显示了这些样品中的铜和铈的分布，在新鲜样品的图像(a)中证实了铜和铈的均匀分布，并且可以观察到铜的溢出结晶聚集，图(c)计算了CeO₂的面间距 (220)、(200)和(111) 分别为0.19、0.27和0.31nm，这些晶格参数略低于CeO₂的标准值，这也可以归因于铜离子进入CeO₂晶格，形成固溶体。还原样品的元素分布(b)与新鲜样品(a)有明显差异，还原后可以明显看出氧含量的减少，对应晶格氧的充分反应，在原料气进一步处理的同时，表面氧化铜被还原为铜，还原后的样品上有铜的晶格条纹，CeO₂载体基本上仍然保持氧化态。

图2 新鲜Cu/Ce氧载体和还原Cu/Ce氧载体的HRTEM表征及EDS能谱图

目前化学链优先氧化工艺可以在不接触供氧的条件下利用反应系统内部氧载体中的晶格氧优先氧化掉富氢气体中的CO，实现了氧化还原过程的本质安全，大大简化优先氧化的流程，降低工艺复杂度和成本投入，提高流程的安全性和氢气提纯效率。

本工作受到了国家自然科学基金（52376111，52025063）和湖北省重点研发计划（2022BCA087）的支持。

文章完整信息：

Ze Zhang, Zuwei Xu et al. Preferential oxidation of CO in H₂-rich gas via chemical looping combustion with Ce-doped CuO oxygen carriers. Proceedings of the Combustion Institute 2024, 40(1-4), 105572.

全文链接：

https://doi.org/10.1016/j.proci.2024.105572