● 摘要
质子交换膜燃料电池（PEMFC）以其工作温度低、比功率高和环境友好等优越性被公认为燃料电池汽车首选动力源。尽管PEMFC达到了较高的技术水平，但除价格因素外，氢源已成为其商业化的瓶颈。鉴于二甲醚（DME）具有无毒、来源广泛的生产原料、合理的生产工艺、完备的储运体系、高能量密度和制氢条件温和等诸多优点。原则上，二甲醚水蒸气重整（SRD）能够较好地解决PEMFC汽车氢源问题，并表现出极好的发展潜力和应用前景。然而，该反应体系的相关研究仍处于催化剂筛选的起步阶段。
DME水蒸气重整作为PEMFC汽车氢源的关键在于开发高效、高选择性的催化剂。根据DME水蒸气重整的两步连串反应特征，即DME水解反应和水解产物甲醇的水蒸气重整反应（SRM），本论文以分子筛和Cu/ZnO/Al2O3分别作为DME水解和SRM的活性组分，制备了复合双功能催化剂，系统考察了催化剂接触方式、分子筛及Cu/ZnO/Al2O3种类对SRD的影响。结果表明，粉末混合复合催化剂的DME转化率和H2收率明显高于颗粒混合催化剂。根据NH3-TPD结果，明确了分子筛的酸量、酸强度及其结构对DME水解的影响行为，发现HZSM-5(25) + Cu/ZnO/Al2O3（C207-G）的SRD性能最佳，并获得了最佳反应条件，即：空速为3000 mL·g cat.-1·h-1，温度为295 ℃。
采用络合分解法制备了一系列Cu/ZnO/Al2O3催化剂，并考察了络合剂、溶剂和Cu/Zn摩尔比（nCu/nZn）对其结构及催化性能的影响。在DME/H2O/N2 = 1/4/5，GHSV = 3000 mL·gcat.-1·h-1，T = 200~300 ℃条件下，考察了Cu/ZnO/Al2O3与HZSM-5(25)粉末混合双功能催化剂的SRD性能。结果表明，水为溶剂，丙三醇为络合剂时制备的Cu/ZnO/Al2O3(CWG)具有较好的低温活性，且最佳nCu/nZn为50/40。采用XRD、H2-TPR和低温N2吸附对所制备Cu/ZnO/Al2O3的结构及还原行为进行了表征分析，表明CWG上Cu具有较好的分散性，且nCu/nZn = 50/40时，Cu/ZnO/Al2O3比表面积最大。综合分析认为，络合剂及溶剂是影响催化活性的关键，而nCu/nZn与催化剂的稳定性密切相关。