CuO 觸媒

因為貴金屬觸媒通常具有相當好的活性，但因稀少且價格昂貴，所以許 多學者致力於改良基本金屬氧化物觸媒，使其活性可以與貴金屬觸媒相媲美。

經由過去的文獻可知，當CuO擔載於一般擔體上，其CO氧化的活性並不 良好，如文獻[27]中以CuO/A-zeolite及CuO/SiO2進行CO氧化反應活性時，當 反應溫度提高至250℃時，才具有不錯的反應活性。而目前的研究大多以引入 不同氧化物或利用擔體性質提升活性，文獻[28]中以67%CuO、22%Cr2O3、 4%BaO、7%SiO2比例製得Cu/Cr/Ba/Si觸媒，發現在140℃下即有不錯的反應 活性，於同溫度下可媲美Pt觸媒反應活性。

文獻中[29]曾以sol-gel法製備CuO-CeO2觸媒，並與貴重金屬Pt/γ-Al2O3、 Au/α-Fe2O3做比較。在低溫範圍下(<100°C)，CuO觸媒活性雖不及Au觸媒，但 受到CO2與H2O的負面影響較小，在進行CO選擇氧化中Au觸媒在反應溫度 45℃時，其轉化率已達到100%而選擇率為82%。而在CuO觸媒方面，則須反 應溫度達到120℃時才可以完全轉化CO，但此時選擇率還有94%。Pt/γ-Al2O3

觸媒要達100% CO轉化率，所需溫度為165~170°C，其轉化率只剩40%。進料 氣體中若加入CO2，欲達100°C轉化率，Au/α-Fe2O3觸媒需將反應溫度提高到 77°C，此時選擇率會從82%下降到45%；而CuO-CeO2觸媒雖然必須將反應溫 度提升到140°C，但選擇率只有從92%下降到88%，而Pt觸媒活性與選擇性幾

（Interfacial Metal-Support Interaction）而此界面活性中新生成後，能大幅降低

CO氧化的起燃溫度並增進活性。圖 2-1 CuO/CeO2 觸媒進行CO氧化作用示意 圖。

圖 2-1 CuO/CeO2 觸媒進行 CO 氧化

文獻[30-31]對CuO/CeO2觸媒做了許多的研究，發現經過空氣煅燒的觸媒 比經過純氮氣煅燒的觸媒活性明顯較好。因經過氮氣煅燒的觸媒，大部分CuO 仍留在CeO2的晶格內；經過空氣煅燒的觸媒，由於與空氣接觸反應，CuO會 遷移至觸媒表面。隨著煅燒溫度的增加，更多的銅由內部跑到表面來，活性 位的數目增加，活性因而提升(煅燒溫度不宜超過650℃)。關於CuO的表面組 成，作者發現，CuO含量少時(< 15%)，表面CuO組成大於內部CuO組成，原 因是在CuO低含量時，是以分散極佳的方式存在於CeO2表面，直到CuO量超 過15%開始聚集成大顆粒。作者以可以溶解大顆粒銅之硝酸處理高Cu含量觸

文獻[32]曾利用無電電鍍方式(electroless plating method)將CuO擔載於 Al2O3上，再含浸CeO2，製得Cu/Ce/Al2O3觸媒。以5wt%CuO/Al2O3進行CO氧 化反應時，觸媒活性不佳，引入10 wt% CeO2後，表現出極佳活性，由此可之 CeO2擔體與CuO之間的相互作用力是造成觸媒活性優劣與否的重點之一。

文獻[33]指出，將CuO擔載在較大的表面積擔體上如γ- Al2O3、ZSM-5，利用 儀器分析後，發現CuO在這些擔體上的分散性都十分良好，但在進行CO氧化 反應的活性卻不及將CuO 擔載於CeO2的效果。利用XPS分析得知，CuO是以 Cu⁺及Cu²⁺兩種狀態存在，Cu⁺的離子半徑與Ce⁴⁺較相近，容易穩定於CeO2晶 格中，在表面上會提供CO吸附的位置。文獻[34]利用真空蒸發-鈍氣凝結方法 製備具Cu⁺或Cu⁺²的CuO/CeO2觸媒，以XPS分析發現CuO/ CeO2觸媒表面有一 價銅Cu⁺的存在，作者說明具有Cu⁺的CuOx/CeO2觸媒顯現極佳的CO氧化催化 活性，研究也發現Ce⁴⁺/Ce³⁺之redox過程也會伴隨Cu⁺/Cu⁺²之redox。而文獻 [30-31]提出CeOB2B的儲氧/釋氧redox特性(Ce⁺⁴/Ce⁺³)能誘發一價銅Cu⁺的產 生，因此與CeO2有緊密接觸的CuO是CuO/CeO2觸媒的CO氧化反應活性中心。

文獻[35]中以含浸法去製備 1% M-Ce0.63Zr0.37O2(M = Co, Cr, Cu, Ni, Zn)觸 媒進料氣體組成H2/N2/CO/O2 = 2/1/70/27 比較其活性與選擇率，如圖 2-2 [35]

所示。結果實驗中以Cu 為物種的觸媒，呈現最佳的活性與選擇率。作者另將 3 wt% Cu 擔載在 SiO2、Al2O3、La2O3、MgO 、CeO2上，實驗結果發現當Cu 擔載在CeO2上時，其觸媒的轉化率和選擇率表現最佳。

圖 2-2 1% M-Ce0.63Zr0.37O2(M = Co, Cr, Cu, Ni, Zn) 觸媒的活性和選擇率。

經由上述的介紹可知，銅擔載在其他擔體的觸媒比較中，以CuO/CeO2為 基礎的觸媒在活性表現上極為優異，足可媲美貴金屬。CuO/CeO2觸媒對於進 行CO選擇氧化反應具有良好的效果，而本實驗是以逆微胞微微乳化法製備奈 米銅觸媒擔載於氧化鈰，並藉由微乳化法可以有效控制顆粒大小，以其希望