泡沫镍原位生长普鲁士蓝类似物构筑镍铁双金属氧化物催化剂的氧析出反应性能研究

开发高性能、低成本的氧析出反应(OER)催化剂对促进电解水制氢降低电耗、提高经济性具有重要意义。以导电泡沫镍为基底,采用冰水浴法原位生长镍铁普鲁士蓝类似物,氧化制备了镍铁双金属氧化物催化剂。分别采用X射线衍射、扫描电镜、高分辨率透射电镜和X射线光电子能谱方法对催化剂的物相组成、微观形貌和表面化学状态进行了表征,并采用电化学测试表征了催化剂的OER催化性能。结果表明,当氧化温度为200℃、氧化时间为2 h时,制备的催化剂中镍铁双金属氧化物高度分散在泡沫镍基底上,纳米颗粒最小,平均粒径为71 nm,可暴露的催化反应活性位点多,表现出最优的OER催化性能。该催化剂在1.0 mol/L的KOH电解液中,电流密度为10 mA/cm^(2)时,过电位仅为272 mV,并在电流密度为100 mA/cm^(2)时稳定运行了40 h,表现出优异的OER电化学稳定性。

室温催化湿式氧化处理甲醛废水的Pt/层状双金属氧化物催化剂

详细研究了层状双金属氧化物(LDO)制备方法对Pt/LDO催化剂进行催化湿式氧化(CWAO)处理甲醛废水性能的影响,并对制备的催化剂进行X射线衍射、透射电镜、N_(2)物理吸-脱附、H_(2)程序升温还原和X射线光电子能谱等表征.催化剂评价结果表明:在室温和低Pt负载量(质量分数0.25%)的条件下,与Pt/LDO(P)(共沉淀法制备的LDO)相比,Pt/LDO(H)(水热法制备的LDO)催化剂具有更为优异的CWAO处理甲醛废水的催化性能.在室温(30℃)下反应5 h,Pt/LDO(H)可将甲醛完全转化,且能将84.1%的甲醛完全氧化为CO_(2);而在相同条件下,Pt/LDO(P)只能转化63.8%的甲醛,且仅有57.9%的甲醛被完全氧化为CO_(2).Pt/LDO(H)催化剂还具有良好的稳定性,在连续测试的5次反应内,保持高的甲醛转化率(约100%)和总有机碳转化率(约83%).表征结果显示,Pt/LDO(H)催化剂具有高的Pt分散性、强的金属-载体电子相互作用、丰富的表面氧物种、强的氧化能力和良好的抗流失性能,这是其具有优良催化性能的主要原因.

锆基双金属氧化物催化剂硫中毒的研究

在工业二氧化碳加氢制甲醇过程中,硫化氢气体的引入将对该过程中使用的催化剂活性及稳定性带来负面的影响。基于此,采用微反应合成法成功制备了InZrO_(x)和ZnZrO_(x)锆基催化剂,并研究了在二氧化碳加氢反应中,硫化氢气体对锆基催化剂的结构性质及其催化性能的影响规律。结果表明,在T=573 K、p=3.0 MPa和GHSV=18 000 mL/(g_(cat)·h)条件下,仅通入二氧化碳/氢气反应气时,InZrO_(x)和ZnZrO_(x)催化剂的二氧化碳转化率和甲醇选择性分别为7.2%、9.3%和93%、92%。在二氧化碳/氢气原料气中通入体积分数为5×10^(-3)硫化氢气体时,InZrO_(x)和ZnZrO_(x)催化剂的二氧化碳转化率和甲醇选择性都降为0,这主要是因为硫化氢气体占据了氧空位,导致锆基双金属氧化物催化剂硫中毒失活。当停止通硫化氢气体时,InZrO_(x)和ZnZrO_(x)催化剂的二氧化碳转化率和甲醇选择性分别恢复为5%、8.6%和58%、84%,分析表明停止通硫化氢气体后,氧空位浓度又恢复,锆基双金属氧化物催化剂部分活性恢复。此研究明晰了锆基催化剂硫中毒失活原理,以及为后期开发耐硫性催化剂提供了理论依据。

金属氧化物催化剂在酯交换反应中的应用进展

在介绍金属氧化物催化剂酯交换反应意义的基础上,综述了近年来用于酯交换反应的各种金属氧化物催化剂的制备方法及其应用体系,包括过渡金属氧化物催化剂、碱金属氧化物催化剂、碱土金属氧化物催化剂和其他金属氧化物催化剂,分析各类催化剂的优点及不足,总结了目前催化剂研究存在的问题,并展望了未来金属氧化物催化剂在酯交换领域的应用前景。

金属氧化物催化剂上尿素与甲醇合成碳酸二甲酯

考察了不同金属氧化物对尿素与甲醇合成碳酸二甲酯 (DMC)反应的催化性能。在具有较高催化活性的ZnO催化剂上适宜的反应条件是 :甲醇与尿素摩尔比为 2 0 ,反应温度为 180℃ ,反应时间为 9h ,ZnO用量为反应体系质量的 8%。DMC的最高收率为 2 2 6 %。活性中心被覆盖是造成ZnO催化剂失活的主要原因 ,失活的ZnO催化剂可通过简单焙烧的方法得以再生。采用不同方法制备了一系列二元金属氧化物催化剂并对其反应性能进行了评价 ,发现ZnO PbO和ZnO La2 O3 的催化活性分别为ZnO的 1 4和 1 13倍。此外还考察了焙烧温度对二元金属氧化物催化剂活性的影响。

以飞灰为载体的金属氧化物催化剂脱硝研究

以飞灰作为催化剂的载体 ,担载Fe、Cu、V、Ni等过渡金属作为活性成分制成脱硝催化剂 .对飞灰作为载体的催化剂进行了各种表征分析 ,考察了催化剂的制备条件对脱硝效率的影响 .利用固定床反应装置进行了催化脱硝实验研究 ,结果发现 ,飞灰作为脱硝催化剂的载体是可行的 ,其中担载Cu作为活性成分时脱硝效率最好 ,在温度为 2 70℃时NO的转化率达90 %以上 .最后 ,对活性炭和页岩灰作载体时的催化脱硝特性进行了对比研究 ,发现飞灰的催化活性仅次于活性炭 ,而页岩灰的活性最差 .

在复合金属氧化物催化剂上丙烷直接氧化制丙烯酸

丙烷直接氧化制丙烯酸是近年来催化氧化的热点课题。MoVTe(Sb)NbO复合金属氧化物催化剂是该反应最重要的一类催化剂。本文对该类催化剂的制备化学包括活化方式以及决定催化性能的主要活性相结构等方面的新近认识进行了系统评述;依据丙烷催化转化的反应途径,总结了有关催化剂元素组分在反应中的作用与功能的最新进展,调变催化剂的粒子尺寸与形貌、晶相组成与结构、表面酸碱性与氧化还原性将是获得优良催化性能的关键因素。

Ni-Mo双金属氧化物催化剂CVD法大量制备成束多壁纳米碳管

采用溶胶凝胶法合成的Ni-Mo双金属氧化物催化剂,用CVD法催化裂解甲烷从而大量制备高质量高纯度的成束多壁纳米碳管.实验结果表明,该催化剂具有很高的活性和催化效率.反应2h后,制备的多壁纳米碳管的量可达到初始催化剂量的80倍以上.碳管的直径较均匀,在10～20nm之间.随着反应时间的延长,制备的纳米碳管石墨化程度增加,反应1h后,粗产品中纳米碳管的含量就超过了97%.简单放大后,单炉每克催化剂可以在0.5h内制得40g以上多壁纳米碳管.

“嵌入模型”在γ-Al2O3负载单组分和双组分金属氧化物催化剂中的应用(英文)

探讨负载型金属氧化物催化剂的表面组分与载体之间的相互作用,有助于理解相关催化剂的催化作用本质.近年来,我们对单组分CuO以及双组分CuO-Mn2O3,CuO-CoO等金属氧化物在γ-Al2O3载体表面的分散行为和存在状态,及其物理化学性质和催化性能(CO+O2和NO+CO模型反应)进行了研究.结果表明,这些金属氧化物在γ-Al2O3载体表面的分散行为和所得负载型催化剂样品的一些物理化学性质及其催化性能均可参照"嵌入模型"来解释.在此基础上,我们讨论了这些样品的"组成-结构-性质"间的关系,并针对表面负载双组分金属氧化物样品提出了表面协同氧空位参与的NO+CO反应机理.

低碳烷烃选择氧化金属氧化物催化剂的结构与其催化性能的关系

基于金属氧化物催化剂的低碳烷烃选择氧化是催化研究的一个热点和难点,而认识催化剂的结构与其催化性能之间的关系对于获得高效催化剂,解决低碳烷烃选择氧化反应中存在的问题至关重要.本文围绕催化剂的结构对其催化性能的影响,概述了V-P-O、V-Sb-O、Mo-V-Te-Nb-O和V-Mg-O等几类典型的氧化物催化剂体系在这方面的研究进展.结合我们开发的Re-Sb-O催化剂体系,分析了多功能中心、活性位分离、两相协同效应等方面对金属氧化物催化剂的催化性能的影响.这些认识将有助于设计合成性能优异的催化剂及实现低碳烷烃的选择氧化活化和定向转化.

纳米粒度金属氧化物催化剂制备方法的研究进展

金属氧化物是一类重要的催化剂,在催化领域中已得到广泛的应用,将金属氧化物纳米化后,其催化性能更加优良,可以预见,纳米金属氧化物将是催化剂发展的重要方向。综述了近年来国内外金属氧化物催化剂的研究进展,讨论了纳米金属氧化物催化剂的各种制备方法,如溶胶-凝胶法、水解法、水热合成法、微乳法、沉淀法、固相反应法、超临界干燥法、微波固相法、热分解法、燃烧合成法和撞击流反应-沉淀法等,并对各种方法的特点作了总结和归纳。

金属氧化物催化剂在不同气氛中的除氚性能

建立了惰性气氛和含氧气氛的除氚模拟系统,通过三种金属氧化物催化剂(Cu O,Ag-X和H506-2)上除氢性能的考察来优化除氚系统的工艺参数。结果表明金属氧化物催化剂在两种不同气氛下均能够高效除氢,除氢效率99%以上。在此基础上,选用H506-02为除氚催化剂,工作温度为400℃时,建立的小型除氚器可使不同气氛的原气达到深度除氚的效果。

MoV系复合多金属氧化物催化剂用于丙烷氧化制取丙烯酸(腈)的研究进展

丙烯腈和丙烯酸在合成化工材料中十分重要,广泛应用于清洁剂、吸附剂、粘合剂和纺织品等生产领域,是重要的有机化工原料。以丙烷为原料合成丙烯酸(腈),工艺路线短,能耗低,不仅能带来巨大的经济效益,而且也更为环境友好。Mo系多金属氧化物催化剂是丙烷氧化制取丙烯酸(腈)的必须元素,本文主要就Mo系复合多金属氧化物催化剂用于制取丙烯酸(腈)的作用机理及最近的研究进展进行了叙述和讨论。包括制备工艺的改进、新型催化剂的研究、催化剂活化方式及活性相的研究以及其他方面的研究。

金属氧化物催化剂在消除柴油车排气颗粒物中的应用

介绍了用于柴油车排气颗粒物后处理的金属氧化物催化剂,包括过渡金属氧化物、主族金属氧化物和碱土金属氧化物。较详细地讨论了催化剂组成及性能、相关催化反应、控制因素和反应机理。

纳米金属氧化物催化剂的制备及在有机反应中的应用

采用溶胶-凝胶法制备氧化锆载体,再利用溶液浸渍法或共沉淀法得到负载不同过渡金属氧化物的催化剂,然后用于乙醇脱氢歧化酯化法合成醋酸乙酯。经XRD、IR、TEM、SEM对所得催化剂表征,并以合成醋酸乙酯为探针反应检验了催化剂活性。

低温氧化型过渡金属氧化物催化剂研究进展

汽车冷启动时催化剂床层温度低,尾气中的CO和烃类不能被传统三效催化剂有效消除。目前,非贵金属类的过渡金属氧化物催化剂用于CO和烃类的低温氧化受到了广泛关注。本文综述了近几年来国内外以Cu、Co和Mn的氧化物为主要代表的过渡金属氧化物上烃类和CO氧化的研究进展,对催化剂上界面氧空位参与氧化过程的反应机理进行了总结,展望了过渡金属氧化物催化剂用于CO和烃类低温氧化的未来研究趋势。

过渡金属氧化物催化剂对丙酮氧化的催化性能

以氧氯化锆和过渡金属硝酸盐为原料,溶胶-凝胶法制备氧化锆载体,采用溶液浸渍法制备出负载型纳米复合氧化物催化剂。对过渡金属氧化物(Mn、Ni、Cu、Fe和Co)催化剂进行初步筛选,其中Mn2O3/ZrO2催化活性最佳。考察了活性组分含量、焙烧温度和焙烧时间等对催化剂催化活性的影响。催化剂的最佳制备条件:锰负载量为6%,450℃焙烧6 h。丙酮的转化率达62%。通过TEM、SEM、XRD和TG-DTA对催化剂结构进行了表征。结果显示,催化剂颗粒均匀,大小约为20 nm;无定形的Mn2O3是催化剂的活性中心。

含酚废水CWPO金属氧化物催化剂研究进展

催化湿式过氧氧化(CWPO)是处理含酚废水的有效方法之一。综述了近些年广泛研究的Fe基和Cu基等金属氧化物催化剂用于CWPO降解含酚废水的进展和现状,重点介绍了载体材料、助剂和反应条件对催化剂催化性能的影响,并展望了CWPO催化剂应用前景。

密度泛函理论在过渡金属氧化物催化剂中的应用

密度泛函理论在催化剂理论研究领域应用广泛,但传统密度泛函理论在用来研究强关联体系时仍存在不少缺陷需要修正。简单介绍了过渡金属氧化物催化剂和引入在位库伦相互作用校正的密度泛函理论(DFT+U),综述了过渡金属氧化物催化剂在环境催化、光催化、电催化等领域的应用,以及近年来国内外对于使用DFT+U方法研究过渡金属氧化物催化剂的工作,为使用DFT+U方法设计和改良过渡金属氧化物催化剂提供了思路和发展方向。

不同组分过渡金属氧化物催化剂对介质阻挡放电固氮的影响机制

为了促进介质阻挡放电(DBD)协同催化固氮效果,制备了不同组分Mn/Co/W元素的单一型、二元和三元复合型负载催化剂,并将催化剂置入DBD气隙中进行等离子体协同催化固氮反应.通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线能谱(EDS)表征了催化剂的性质,并采用紫外分光光度法测定了液相中的总氮浓度.结果表明,填充催化剂实验组比未填充催化剂组的总氮浓度明显提升.采用傅里叶变换红外光谱仪对有/无催化剂填充两种情况下DBD的气相产物进行了检测,结果表明,填充催化剂能促进空间内NO_(2)和N_(2)O_(5)的生成.通过DBD气相链式反应和催化原理揭示了总氮浓度得以提升的原因,是由于催化剂在等离子协同过程中提供了大量的氧空位,使得NO_(x)充分氧化.多元复合型催化剂能在单一型的基础上,通过金属元素价态的变换和能量的传递进一步促进固氮效果,三元复合型催化剂Mn_(3)WCo/γ-Al_(2)O_(3)在电压为22 kV时的固氮最高总氮浓度为119.13 mg/L,较未填充催化剂组的最大值提升了71.61%,能耗降低了21.70%.