MOFs衍生物催化剂制备及气体净化性能研究进展

催化净化是最为常用的气体污染物净化技术之一,具有效率高、选择性高和能耗低等特点。催化剂是催化净化技术的核心。随着节能减排要求不断提高,催化净化技术对催化剂的活性、选择性和稳定性等提出了更高的要求。以金属有机框架(MOFs)为前驱体制备的多孔杂化纳米结构催化剂具有活性位点可控、比表面积高和稳定性高等优点,成为气体净化催化剂的研究热点。本文以MOFs衍生物催化剂为对象,介绍不同种类MOFs衍生物催化剂的结构特点和制备方法;综述近几年MOFs衍生物催化剂在氮氧化物(NO_(x))、挥发性有机物(VOCs)、CO和N_(2)O等污染物催化净化方面的应用研究进展;最后,结合气体催化净化技术在高效催化剂工业应用方面的需求,对MOFs衍生物催化剂的研究方向进行展望。

双催化体系在有机合成中的应用进展

近年来,双催化成为有机合成中发展最快且关注度极高的研究领域。双催化是将2种催化剂或催化模式相结合,实现1+1>2的催化效果,也为实现全新的合成转化提供了更多的可能性。本文介绍了几种经典的催化类型如协同催化、接力催化、顺序催化的原理,总结了不同的双催化体系,如双金属催化剂、金属-有机催化剂、有机-有机催化剂以及光催化与传统催化结合构建的双催化体系,在有机合成中的应用进展。

负载型铜催化剂在有机液相反应中的应用

负载型催化剂的制备及催化性能研究已成为近年来的一个热点。铜是价格低廉、来源丰富且其本身具有较强的催化活性和选择性,负载铜催化剂具有稳定性好、金属铜浸出率低、可反复回收利用等优点,因此在催化领域受到广泛的关注。以载体分类为主,简述了近十年来负载型铜催化剂在有机合成中的制备方法、反应类型、催化活性和回收利用等方面的应用情况。

涤棉混纺织物基复合光催化材料的制备及性能研究

为了将废旧纺织品回收再生为高值产品,获得具有光催化功能的材料,以涤棉织物为原料,ZnCl_(2)作为活化剂,通过高温炭化,制备出活性炭;然后以钛酸丁酯为前驱体,在活性炭上原位生成TiO_(2),获得了活性炭光催化复合材料,并对产物结构和性能进行了表征。结果表明:混纺比80/20的涤棉织物、800℃下制得的复合光催化材料,TiO_(2)在活性炭上分布均匀,具有无定形结构;该复合材料对亚甲基蓝的吸附量可达344 mg/g,对质量浓度60 mg/L的亚甲基蓝光照6 h后降解率可达98%,并且在循环5次后,对亚甲基蓝的降解率仍可达到80%,具有良好的光催化降解性能和循环使用性能。

催化剂研究中的X射线光电子能谱(XPS)分析方法概述

催化剂在现代化工领域扮演着至关重要的角色,在提高生产效率、降低能源消耗以及减少环境污染等方面起着不可替代的作用。随着科学认知的不断提升,催化剂的研究已经从宏观的动力学性能评估,深入到微观的分子层面和电子结构分析。作为材料表界面研究领域中最有效的一种分析方法,在过去几十年里X射线光电子能谱(XPS)技术以其坚实的物理学基础和表面灵敏性已经成为研究催化材料的标准分析工具,且随着XPS仪器的日益普及,其应用也在不断增长。然而催化剂材料中的活性组分多趋于低含量、小尺度且成分复杂不稳定,对XPS高质量测试提出了巨大挑战。对催化剂研究中的常规XPS分析方法进行系统性的综述,对样品制备、实验设计、数据处理与谱图解析等流程中存在的问题和可能的处理方法进行了讨论,并对XPS技术在催化领域的应用前景进行了展望,以期为其他材料研究提供参考和启示。

X射线光电子能谱(XPS)在催化产氢研究中的应用

催化产氢技术因其高效、清洁的特性而备受关注,其中,催化材料性能的探索与优化是提升氢能产率的关键。X射线光电子能谱技术(XPS)作为一种表面分析技术,能够通过测量光电子的能量分布来解析样品表面的化学信息,包括元素的种类、含量、化学状态及电子结构,为催化产氢研究提供了不可或缺的工具。通过对XPS原理、催化产氢几种常见类型及原理、XPS在几种常见催化产氢材料体系的应用进行归纳,表明XPS不仅能够揭示材料表面活性位点的电子结构与化学环境,还能深入理解催化机理和反应路径,指导材料的理性设计。最后,对XPS技术未来在催化产氢领域的发展进行了展望,随着XPS与其他多种手段的结合,有助于推动催化产氢领域向更深层次的机理探索和高性能材料的开发,这一研究方向不仅促进了催化科学的发展,也为氢能经济的实现提供了强有力的支撑。

第八章 环境催化

8.1环境催化及其特殊性自从1836年由瑞典化学家Berzelius提出催化（Catalysis）概念以来,催化科学和技术取得了长足进步,成为现代工业文明得以实现的重要基石之一。事实上,催化技术是化学工业和石油化学工业最核心技术。例如,80%以上的化学工业涉及催化技术,全球催化剂年销售额超过100亿美元,

不同类型催化剂热催化合成生物质基乙酰丙酸甲酯研究进展

乙酰丙酸甲酯是一种重要的化工产品,在替代燃料、医疗药物和溶剂等领域具有广阔的应用前景。详细分析了乙酰丙酸甲酯的4种制备方法,其中生物质直接催化醇解法更具发展潜力。基于生物质直接催化醇解法及其催化剂类型,综述了近年来国内外制备生物质基乙酰丙酸甲酯的研究现状和趋势,总结了优化反应条件及性能,分析了各催化剂应用特点。最后,指出了制备生物质基乙酰丙酸甲酯的现存问题,并对其未来研究进行了展望:注重研究生物质醇解机理、应用非粮型生物质和开发易工业化的绿色催化剂。

可见光响应手性介孔TiO_(2)光催化剂的结构调控及催化性能

为了揭示可见光响应的手性介孔TiO_(2)光催化剂结构和光催化活性的调控规律,通过改变光催化剂制备过程中钛前驱物的加入量和搅拌速度,来探究这些因素对催化剂结构、可见光响应和光催化活性的影响,利用SEM、BET、XRD和紫外可见漫反射光谱表征光催化剂的结构及可见光响应性能的变化规律,并通过可见光激发下罗丹明B和苯酚的光降解试验评价光催化剂的性能。结果表明:随着钛酸丁酯加入量的增加,制备得到的手性介孔TiO_(2)中不对称螺旋堆积结构也增多,但钛酸丁酯加入量过多时,因水解速度加快造成短时间内生成的大量TiO_(2)粒子无法形成螺旋堆积的不对称结构,显著降低了光催化剂的可见光响应能力和光催化活性;制备过程中搅拌速度过低或者过高都不利于手性介孔TiO_(2)中不对称螺旋堆积结构的产生,搅拌速度过低(<400 r/min)时,手性介孔TiO_(2)中杂质较多且部分破碎不完整,其可见光响应能力和光降解活性都较弱,而搅拌速度过高(>400 r/min)时,制备的光催化剂中螺旋结构显著减少,导致光催化剂对2种污染物的降解效率下降。

《分子催化(中英文)》征稿启事

《分子催化(中英文)》是由中国科学院兰州化学物理研究所主办、中国科学院主管、中国科技出版传媒股份有限公司(科学出版社)出版的向国内外公开发行的学术性刊物.主要报道有关分子催化方面最新进展与研究成果.辟有学术论文、研究简报、研究快报及综合述评等栏目.内容侧重于配位催化、酶催化、光催化、催化过程中的立体化学问题、催化反应机理与动力学、催化剂表面态的研究及量子化学在催化学科中的应用等.本刊亦报道工业催化过程中的均相催化剂、固载化的均相催化剂、固载化的酶催化剂等活化、失活和再生;用于新催化过程的催化剂的优选与表征等方面的内容.读者对象主要是科研单位及企业中从事催化工作的科技人员、研究生、高等院校的师生.

《分子催化(中英文)》征稿启事

《分子催化(中英文)》是由中国科学院兰州化学物理研究所主办、中国科学院主管、中国科技出版传媒股份有限公司(科学出版社)出版的向国内外公开发行的学术性刊物.主要报道有关分子催化方面最新进展与研究成果.辟有学术论文、研究简报、研究快报及综合述评等栏目.内容侧重于配位催化、酶催化、光催化、催化过程中的立体化学问题、催化反应机理与动力学、催化剂表面态的研究及量子化学在催化学科中的应用等.本刊亦报道工业催化过程中的均相催化剂、固载化的均相催化剂、固载化的酶催化剂等活化、失活和再生;用于新催化过程的催化剂的优选与表征等方面的内容.读者对象主要是科研单位及企业中从事催化工作的科技人员、研究生、高等院校的师生.

碳化钨及复合催化剂研究进展

碳化钨及其复合物是一种重要的硬质合金材料,也是一种性能优良的催化材料,许多研究表明碳化钨的表面电子结构与Pt类似,具有类铂的催化活性,作为催化剂在催化氢化、烷烃氢解和重整、催化合成气反应以及氢化脱卤素等反应中表现出良好的催化活性;同时碳化钨及其复合物还具有良好的导电性,不受任何浓度的CO和10-6质量浓度的H2S中毒,具有独特的化学稳定性,作为电催化剂对氢气、水和甲醇氧化均表现出优异的催化氧化性能,因此,碳化钨及其复合物有望替代贵金属催化剂,应用于多相催化和电催化领域.

中国石化开发出聚乙烯用改性催化剂及其制备方法

中国石油化工股份有限公司(简称中国石化)开发出一种聚乙烯用改性催化剂及其制备方法。该催化剂包括主催化剂和改性剂,两者质量比为100.0∶(0.1~30.0)。主催化剂为Ziegler-Natta催化剂、茂金属催化剂、后过渡金属催化剂、FI催化剂、铬基催化剂中的一种,改性剂为硅氧烷、苯乙烯基聚合物中的至少一种。该方法通过将改性剂引入主催化剂中,改变了主催化剂原有活性位点的分布和催化特性,进而可以改变聚乙烯活性链的生长和结晶行为,提高了聚乙烯的相对分子质量分布。

芹菜生物碳及其复合材料的制备、表征和燃烧催化性能研究

碳材料因其独特的电子结构和高比表面积,能够有效地催化含能材料的分解反应,从而提高能量释放的效率和速率。以芹菜为原料通过热解方式制备了生物碳及其复合物:QC-760、QC@Fe-760、QC@Bi-760、QC@Fe^(0)-760、QC@Fe-450和QC@Bi-450。首先,利用IR、XRD、SEM和BET等对其做了相关表征,结果表明,相对于芹菜粉末,QC-760的比表面积增大了17倍。其次,探究了芹菜生物碳及其复合物对高氯酸铵(AP)、奥克托金(HMX)和黑索金(RDX)的热分解行为的影响,结果表明,生物碳及其复合物均对AP、RDX和HMX的分解过程影响较大;其中,QC@Bi-450对AP催化性能最佳,放热量达到3344 J/g;QC-760对RDX的催化性能最好,使其放热峰温提前了41.1℃,放热量增加了713 J/g;QC@Fe^(0)-760使HMX分解峰温提前了82℃。最后,测试了样品对罗丹明B的吸附性能,发现搅拌时间为80 min,样品质量为2 mg/mL,罗丹明B浓度为350 mg/L时,QC-760吸附性能最好。

以氢气为原料的光催化合成氨催化剂研究进展

光催化合成氨能够以太阳能作为唯一能量来源,与前端电解水制氢技术耦合,实现合成氨脱碳。本文综述了以氢气为原料的光催化合成氨技术,旨在对相关合成氨技术进展进行分析并举例说明,以期为以氢气为原料的光催化合成氨技术提供参考资料。

碳化钼负载Ru基催化剂的5-硝基苯并噻唑加氢性能研究

使用负载型金属催化剂催化含硫底物加氢时,由于硫在金属表面的强吸附可导致催化剂活性变差甚至完全失活。采用过体积浸渍法制备了不同晶相碳化钼负载Ru基催化剂(Ru/α-Mo C和Ru/β-Mo_(2)C),并用于催化5-硝基苯并噻唑(5-NBT)加氢。利用SEM、XRD、HR-TEM和XPS等对催化剂进行了表征。结果表明,α-Mo C上负载的Ru为原子级分散,而β-Mo_(2)C上负载的Ru以纳米颗粒形式分散。在80°C、2.0 MPa H_(2)、3 m L乙醇、10 mg底物和10 mg催化剂的条件下,当5-NBT转化率低于30%时,Ru/α-Mo C的5-NBT加氢反应速率为9113μmol/(g·h);反应40 min时,Ru/α-Mo C的5-NBT转化率为100%。氢-氘交换实验结果证实α-Mo C对5-NBT硝基的活化(吸附活化)有重要作用,而Ru对H_(2)解离有促进作用,这两方面作用的协同效应使Ru/α-Mo C在5-NBT加氢中表现出相对更高的催化性能。

不同尺寸钴基催化剂稳定策略研究进展

在多相催化反应中,金属催化剂的尺寸效应对其催化活性、产物选择性和稳定性具有较大影响。将金属催化剂的尺寸从纳米颗粒减小到亚纳米团簇,甚至原子尺度,可有效提高其活性中心利用率,从而大幅提高催化活性。钴(Co)基催化剂因其独特的电子结构和优异的催化活性,在众多反应中受到关注。根据Co基催化剂的研究现状,介绍了不同尺寸(纳米颗粒、团簇、单原子和双原子)Co基催化剂的结构及特点,阐述了提高不同尺寸Co基催化剂稳定性的策略,包括空间限域、金属-载体相互作用和金属-金属相互作用等,分析了这些策略对不同催化反应性能的影响及其优缺点,并对未来Co基催化剂的研究进行了展望。

催化裂化废催化剂等离子体处理技术研究

采用等离子体处理技术对催化裂化工艺(FCC)产生的废催化剂进行了无害化处理,在分析原料的基本物化特性的基础上,考察了助剂SiO 2和CaO不同配比对废催化剂处理效果的影响。结果表明:废催化剂经等离子体处理后,产物中的玻璃体占比达到83.9%;当助剂SiO 2质量分数为40%时,产物中的玻璃体比例提升至93.2%;进一步加入质量分数为15%的助剂CaO后,产物中的玻璃体占比依然高达92.4%,满足国家标准中关于固体废物中玻璃体占比要求;同时,经等离子体处理后,废催化剂产物浸出液中的金属元素含量显著降低,说明助剂的添加对降低废催化剂的重金属毒性有促进作用。等离子体处理技术在FCC废催化剂无害化处理方面具有良好的应用前景。

微纳米Mo_(2)C-C作为高性能微生物燃料电池的阳极电催化剂

通过简单的溶液衍生前驱体和煅烧法成功制备了具有微纳米结构的Mo_(2)C-C复合材料,并用作微生物燃料电池(MFC)的高性能阳极电催化剂。形态和组成表征表明,制备的Mo_(2)C-C复合材料由Mo_(2)C和C组成,具有微/纳米颗粒结构。同时材料表面含有丰富官能团,有助于提高微生物在阳极表面的附着。电化学测试结果表明,Mo_(2)C-C复合材料对阳极/微生物之间的电荷转移具有出色的电催化活性。装有微纳米Mo_(2)C-C/CF阳极的MFC的最大功率密度为1.61 W·m^(-2),明显优于商用碳毡阳极。这项工作为高性能、环保MFC阳极电催化剂提供新思路。

MnCe-Al_(2)O_(3)球形颗粒的制备及其催化燃烧环己烷性能

挥发性有机物(VOCs)的大量排放会导致环境污染和健康危害,催化燃烧是高效降解VOCs的重要手段之一.采用海藻酸盐溶胶-凝胶法合成了MnCe-Al_(2)O_(3)球形颗粒作为环己烷催化燃烧催化剂,结果表明,Mn催化剂中适当添加Ce可提高MnOx的分散性,降低催化剂H_(2)-TPR还原温度.催化剂中Mn和Ce摩尔比为3∶1、煅烧温度650℃时,催化剂催化燃烧环己烷活性最高,可以在345℃实现环己烷的完全转化.反应24 h后,催化剂仍显示出几乎100%的环己烷转化率,表现了良好的催化稳定性.与浸渍法制备的催化剂相比,MnCe-31-Al_(2)O_(3)-650催化剂活性更高.