原子利用率有效值的提出与讨论

针对原子利用率在衡量化工工艺绿色化程度方面存在的不足,通过对对苯二胺、3-硝基邻苯二甲酸、布洛芬等精细化学品生产工艺的分析与总结,综合考虑原子利用率和反应产率两方面因素,尝试性地提出了“原子利用率有效值（=原子利用率×反应产率）”的概念,用以衡量精细化工生产副产物的多少,并应用于间三氟甲基苯胺和邻（对）甲基苯腈的生产工艺绿色化程度的评价.

锐钛矿型TiO_(2)负载Ni单原子用于催化丙烷脱氢

丙烯市场需求日益增长,丙烷脱氢(PDH)被认为是最有前途的丙烯定向生产技术之一.作为PDH商业催化剂,贵金属Pt的高成本和CrO_(x)基催化剂的毒性使它们的发展受到限制.镍基催化剂因具有廉价、环保的特点,在多种催化反应的应用中引起了研究人员的广泛关注.然而,镍在高温烷烃脱氢反应中的应用较少,目前,保持反应中镍(II)物种的稳定存在仍然是镍基PDH催化剂的主要挑战.近来,单原子催化剂(SAC)在烷烃碳氢键活化过程中表现出优异的催化性能,具有较好的丙烯选择性和出色的稳定性.当镍以单个原子的形式分散在载体上时,它更有可能以带正电的状态存在,但金属单原子的稳定存在是具有挑战性的.本文以锐钛矿型的二氧化钛为载体,采用等体积浸渍法分别制备了0.05 wt%载量的单个原子分散的催化剂(Ni SAC,Ni_(1)/A-TiO_(2))和5 wt%载量的纳米颗粒(NP)催化剂(Ni_(NP)/A-TiO_(2)).结合球差电镜、原位漫反射傅里叶变换红外光谱和X射线吸收光谱等表征结果表明,Ni SAC催化剂主要含有单个Ni原子,以Ni(II)价态孤立地分散在载体上,而Ni_(NP)/A-TiO_(2)催化剂中的Ni物种主要以纳米粒子(1±0.2 nm)的形式存在.在580℃的PDH反应中,Ni_(1)/A-TiO_(2)催化剂表现出较好的本征活性和丙烯选择性,而且比相应的Ni NPs催化剂具有更好的抗积炭稳定性,在Ni_(1)/A-TiO_(2)上得到的丙烯产率约为1.96 molC_(3)H_(6)gNi^(-1)h^(-1),超过NiNP/A-TiO_(2)样品(0.03 molC_(3)H_(6)gNi^(-1)h^(-1))的65倍,Ni SAC催化剂的丙烯时空收率(STYC_(3)H_(6))约为0.2 kg h^(-1) kg_(cat)^(-1),与文献报道的大部分非贵金属催化剂STY值相当(0.02-0.3 kg h^(-1) kg_(cat)^(-1)).还原后的TiO_(2)载体因具有丰富的氧空位(OVs)和配位不饱和的Ti^(3+)表现出一定的活性,而Ni SAC得到了更高的丙烷转化率,但Ni单原子的引入并没有增加OVs和Ti^(3+)的浓度,Ni单原子催化剂的活化能低于纯载体,说明两者的活性位不同.此外,在还原条件下,由于Ni NPs与TiO_(2)载体之间的强相互作用,Ni NPs位点被TiO_(x)覆盖层(~2 nm)包裹,从而显示出较差的反应活性.综上所述,本文报道了Ni单原子催化剂在丙烷直接脱氢反应中比相应的Ni NP催化剂表现出更好的反应性能,体现了具有孤立活性位点的单原子催化剂在丙烷脱氢反应中的优势,为今后探究可用于丙烷脱氢反应的单原子催化剂的制备和应用提供参考.

醋酸乙烯生产工艺路线的原子经济分析

为了解决醋酸乙烯(VAC)不同生产工艺路线的原子利用率问题,本文采用原子经济方法,对VAC及其下游产品聚乙烯醇(PVA)和醋酸乙烯-乙烯共聚乳液(VAE)的生产工艺进行分析与比较。结果表明,采用电石乙炔法、天然气乙炔法和乙烯法生产VAC时,原子利用率分别为37.07%、50.00%和68.29%,排废量因子E分别为1.70、1.00和0.46。生物酒精脱水制乙烯是一条以可再生资源生产VAC的工艺路线,原子利用率为60.87%,排废量因子E为0.64。甲醇脱水制乙烯是一条以煤为原料生产VAC的工艺路线,原子利用率为43.75%,排废量因子E为1.29。以VAC为原料生产PVA的原子利用率为37.29%,排废量因子E为1.68。以VAC为原料生产VAE乳液的原子利用率为100%,排废量因子E为0(零排放),建议VAC企业多生产VAE乳液,少生产PVA产品。

用于电解水制氢的单原子催化剂研究综述

社会的快速发展使人类对能源的需求不断增加,电解水制氢技术因极具优势而成为热门研究领域。合理设计电解水催化剂使之稳定实现高效、高选择性的催化活性是该领域的核心问题之一。贵金属铂(Pt)族元素是一类电催化制氢活性最高的金属,是析氢反应(HER)催化剂的最理想选择,但价格昂贵使其难以规模化应用;单原子催化剂(SACs)可以减少贵金属的负载量,提高贵金属的原子利用率,可极大降低成本,具有可以实现贵金属催化剂规模化工业应用的潜力。因该领域的独特重要性,对其进行系统梳理综述,介绍适用于电解水制氢的催化剂的研究现状,特别是Pt基SACs的研究现状,展望了SACs的发展前景,为开展此类研究的科研人员和正在推进电解水制氢技术的工程人员提供参考。

单原子钯催化剂的光化学合成新策略

单原子催化是多相催化领域的新概念,其原子利用率可提升至100%,且均匀的单一活性位为基础研究提供了很好的平台。2011年,我们团队通过与刘景月和李隽的合作,利用氧化铁和铂原子之间的强相互作用,成功制备出首例具有高活性和高稳定性的Pt1/FeOx催化剂1,引发了国际上对单原子催化剂的研究热潮。目前,已发展的单原子催化剂制备方法主要有共沉淀法、浸渍法、质量分离软着陆法、原子层沉积法等。

氧化物负载单原子催化剂的理论设计

近年来，单原子催化以其高效的金属原子利用率，引起了人们广泛的关注，并迅速成为多相催化领域的研究热点。由于金属单原子易于在载体表面发生团聚，寻找有效的方法产生具有高稳定性和高活性的单原子催化剂是催化科学研究的热点问题之一。

我国环氧氯丙烷绿色新工艺国际领先

据《中国化工报》报道,2024年3月12日,液固循环流化床双氧水直接氧化氯丙烯生产环氧氯丙烷(FHPECH)新工艺科技成果评价会在山东滨州召开。该工艺技术由山东滨化集团股份有限公司与中国科学院大连化学物理研究所共同开发完成,采用国内首创流化床工艺,使用自主研发的高效催化剂及双氧水直接氧化技术,实现一步法合成环氧氯丙烷,较传统氯醇法工艺,其原子利用率更高,“三废”产生更少,反应温和易控,属于高效绿色工艺。由7位中国科学院院士、专家组成的评价委员会,一致认为该FHPECH新工艺研究基础充分,工艺技术先进,创新性强,应用前景好,达到了国际领先水平。各院士、专家建议加快该技术工业化示范装置建设,及早实现产业化落地。

单原子材料专辑

近几年来,单原子材料的研究呈现爆发式增长,已然成为材料科学和催化领域的明星材料和研究热点。然而,单原子材料作为拥有最大化原子利用率和超高本征活性的负载型催化材料,由于载体结构的复杂性,精确表征活性位点的配位结构、空间构型以及电子态分布等精细结构仍然是一项挑战。在原子尺度上对活性位点进行识别将为揭示各种电催化活性位点的结构-活性/选择性关系和机理奠定基础。

我国环氧氯丙烷绿色新工艺国际领先

3月12日,液固循环流化床双氧水直接氧化氯丙烯生产环氧氯丙烷(FHPECH)新工艺科技成果评价会在山东滨州召开。据介绍,该工艺技术由滨化集团与中国科学院大连化物所共同开发完成,采用国内首创流化床工艺,使用自主研发的高效催化剂及双氧水直接氧化技术,实现一步法合成环氧氯丙烷,较传统氯醇法工艺,其原子利用率更高,“三废”产生更少,反应温和易控,属于高效绿色工艺。由中国科学院院士李亚栋、韩布兴、徐春明等7位院士、专家组成的评价委员会,对新工艺开发过程进行了充分研讨,并提出了专业性意见和建议。

化学反应原理综合题考查的新动向

化学反应原理是承载诸多化学学科素养和关键能力的典型章节,是高考和各类考试的热点、必考题型.该类试题立意新颖,背景真实,设问角度在保持稳定性和延续性外,又保持一定的创新性,每年高考试题都有一些新的变化.这种考查的新动向值得师生在复习备考中重点研究和关注,本文对2023年高考题中此类综合题作了细致的分析.一、能量-过程图与同分异构体结合考查例题1 (2023年全国甲卷,节选)甲烷选择性氧化制备甲醇是一种原子利用率高的方法.

积分球冷原子钟一体化激光冷却与探测微波腔研究

积分球冷原子钟是一种具有代表性的小型化高精度冷原子钟,其目前亟需解决的关键问题之一是提高微波腔内的冷原子利用率,从而继续提高频率稳定度等技术指标。本文提出了一种新型的积分球冷原子钟一体化激光冷却与探测微波腔,该微波腔整体结构呈圆柱形,不仅通过在微波腔内表面处加载透明微波介质壁形成大范围均匀微波场,而且通过不同注光方式形成各向同性光场,分别进行漫反射激光冷却和弥散吸收探测。通过这种新颖的改进方式,微波腔作为一体化装置,具有大范围均匀微波场振荡、漫反射激光冷却和弥散吸收探测3种功能。在该微波腔中,微波腔内的冷原子均可以参与微波钟跃迁并被探测到,即冷原子利用率可以得到大幅度提高。

单原子催化剂的研究现状及在环境领域的应用进展

单原子催化剂(SACs)是一种将金属以单原子的形式直接负载于某一载体表面上的一种新型催化剂。作为一种新型材料其因具备较高的原子利用率,较高催化活性及高反应选择性等优良性能而被众多研究人员所广泛关注。该文主要从单原子催化剂的性质、制备方法以及研究现状以及在环境领域的应用进展等几个方面详细介绍了单原子催化剂的特点。单原子催化剂本身具备许多优异的性质,从而极大地增强了对金属原子的综合利用率。近几年,单原子催化剂得到了快速的发展,逐渐广泛应用在水污染治理、控制气态污染物、调整气体转变、清洁燃料的再生、降解污染物及燃料电池等众多环境领域。并对单原子催化剂目前存在的问题进行了总结与反思,为单原子催化剂进一步应用于环境治理上提供参考依据。

单原子分散贵金属催化剂的光化学合成新策略

如何提高贵金属催化剂的原子利用率和反应活性是贵金属催化研究中的核心问题.理论上,贵金属分散的极限是以单原子的形式担载在载体上,使每个原子都能成为反应的活性中心,从而实现100%原子利用率.但由于单原子的表面能很高,极易团聚,

中国科大在制备单原子催化剂的普适性方法研究中取得进展

近日,中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心和化学物理系教授曾杰、副教授周仕明研究团队发展出了一套利用电化学沉积制备单原子催化剂的普适性方法,利用该方法研究人员成功制备出了34种单原子催化剂,覆盖了多种过渡金属和多种衬底。近年来,单原子催化剂因为具有最大化的原子利用率和独特的电子结构。

聚氨酯中间体生产过程氯循环利用减排技术取得突破

世界上60％以上的化学品制造过程均涉及到氯气，而氯在化工过程中资源利用率极低，绝大部分原子利用率在50％以内，在聚氨酯制造过程中，原子利用率几乎为零，产生了大量副产HCl，目前我国副产HCl产量约600万t／a，其利用无出路是制约众多企业和多个涉氯行业发展的共性难题。与此同时，传统氯气是通过电解装置制备，每产出1t氯气耗电2200kW·h左右，属于重要的耗能产品。

大化所实现高热稳定单原子催化剂的千克级制备

中科院大连化物所乔波涛研究员、李为臻研究员和张涛院士团队在单原子催化研究方面取得新进展,通过简单的物理混合方法,经高温焙烧即可制备得到高热稳定单原子催化剂。研究表明,强共价金属-载体相互作用可促进单原子的生成。2011年,张涛院士研究团队与清华大学李隽教授和美国亚利桑那州立大学刘景月教授合作,在国际上首次报道了氧化铁负载铂单原子催化剂,并在此基础上提出了“单原子催化”的概念。短短几年时间,单原子催化剂因其具有最大的原子利用率、均一的活性位点、对特定反应优异的活性、选择性,已成为催化领域研究的热点。2016年,“单原子催化”入选美国化学会化学工程新闻评选出的当年度化学化工领域“十大科研成果”。

中科大制备34种单原子催化剂

中国科学技术大学的研究团队发展出了一套利用电化学沉积制备单原子催化剂的普适性方法,并成功制备出了34种单原子催化剂,覆盖了多种过渡金属和衬底。相关成果发表在《自然·通讯》上。单原子催化剂因为具有最大化的原子利用率和独特的电子结构,在水解、氧还原、二氧化碳加氢、甲烷转化等化学反应中受到了广泛关注。但目前合成单原子催化剂的方法对单原子和衬底都有比较高的要求,还不能实现在任何衬底上制备任何的金属单原子催化剂。因此,发展对衬底和金属无选择性的普适性单原子合成方法具有重要意义。

超薄共轭微孔纳米片中单催化位点电子态调控及其高效催化二氧化碳环加成

近年来,单位点催化剂因具有原子利用率高,催化活性好等优点^(1,2),受到了极大的关注。如2018年,清华大学李亚栋等人利用“蚕丝”化学的策略在氮掺杂的多孔二维碳纳米片基底上制备了高度分散的单金属位点催化剂,实现了在室温条件下高效催化苯转化为苯酚^(3)。2019年,中国科学院福建物质结构研究袁大强等人以金属有机框架材料为基底制备了单位点锌离子催化剂,在吲哚类化合物的制备中展现出了高效的催化活性^(4)。南京大学胡征等人也开发了一类浸渍吸附方法制备了单位点铂催化剂,在析氢方面表现出了良好的催化活性^(5)。然而,在分子水平上构筑出结构明确,化学环境易于调控的高效单位点催化剂仍然面临着巨大的挑战。

新加坡国立大学的CO_(2)加氢制甲醇研究获进展

近日,新加坡国立大学提出一种基于多孔二氧化硅载体表面自组装金属-有机硅酸盐薄壳的催化剂合成方案,成功将载体结构优化与活性组分合成相融合,协同实现较高的原子经济性与CO_(2)转化率,甲醇产率、选择性高,催化剂活性与稳定性优,同时获得催化材料中高效的原子利用率与固定床式反应器中改善的流体动态。相关研究成果发表于《材料化学A》杂志。