Al_(2)O_(3)负载Pt基催化剂表面动态变化的谱学研究

明确多相催化剂表面在反应过程的动态变化对催化剂的优化、设计有重要意义.我们通过控制Pt的不同负载量制备了一系列Al_(2)O_(3)负载的Pt/Al_(2)O_(3)催化剂,利用X-射线衍射、X-光电子能谱、球差扫描电镜、CO-探针的红外光谱、低能离子散射谱、程序升温氧化和拉曼光谱等研究Pt/Al_(2)O_(3)的表面结构和反应过程中的变化,以丙烷直接脱氢(PDH)反应为探针,考察反应过程存在“诱导”期的表面动态变化,特别是表面积碳、表面形貌、活性位点等的演化.进而与其催化反应性能关联,发现Pt纳米粒子(NP)和团簇上丙烷易深度脱氢或断裂C-C键生成CH_(4)的同时形成积碳、随后失去活性;而孤立的Pt单原子位点(SAC)上不易生成积碳、是丙烯生成的关键活性位.

Pt基催化剂上CO_(2)辅助丙烷脱氢的反应机理

Pt基双金属是一种具有发展前景的丙烷脱氢催化剂,CO_(2)在Pt基催化剂上辅助丙烷脱氢的微观反应机理与优势能量路径尚不明确,为此,采用密度泛函理论(DFT)计算研究了Pt(111)表面及Pt3Mn(111)表面上丙烷直接脱氢反应(PDH)及CO_(2)辅助丙烷脱氢反应(CO_(2)-ODH)的反应网络与关键步骤。计算结果表明:CO_(2)的加入可以降低PDH速控步骤的能垒,对于消耗表面H有利,促进了丙烷脱氢反应正向移动,有利于生成丙烯,从而改变了反应路径和反应动力学;CO_(2)在消除积炭反应中的能垒较高,但是Mn的引入有利于CO_(2)消除积炭。此外,第二金属组分Mn的引入,不但有利于产物丙烯脱附,还提高了C—C裂解能垒,从而提高了丙烯的选择性。

Pt基催化剂在PEMFC中的研究进展

质子交换膜燃料电池(PEMFC)可用于汽车发动机、固定或便携式电源的新能源转换装置等,具有高效、无污染、启动速度快等优点。Pt基催化剂是氧还原反应(ORR)中有效的催化剂,但Pt的资源有限、价格昂贵、负载量高,限制了PEMFC的大规模应用。对Pt基催化剂在催化过程中通过更改催化剂成分和载体特性以达到更好的催化效果进行综述。这些方法在降低Pt含量的同时,可提高催化剂的活性,使Pt基催化剂廉价且稳定。

原子层沉积法制备限域型Pt基催化剂及其苯酚催化性能

选择合适的载体负载贵金属Pt纳米粒子,对于制备高效的苯酚加氢催化剂具有重要意义。使用原子层沉积技术,以碳纳米纤维作为模板,在其表面依次沉积Pt纳米粒子,厚的氧化钛壳层,通过高温烧结除去模板,得到限域在氧化钛纳米管内壁的Pt纳米粒子。在500℃烧结温度下Pt纳米粒子的粒径在2.0~3.2 nm之间,平均粒径为2.6 nm,尺寸高度一致,均匀地分散并且嵌入到氧化钛纳米管的中空管道内壁。与常规负载在氧化钛纳米管外壁的Pt纳米粒子相比,该限域催化剂的催化转化率更高,在500℃烧结温度下转化频率(TOF)值为482.1 h^(−1),表现出更好的催化活性,而且由于氧化钛纳米管的保护作用,可有效防止Pt纳米粒子在反应过程中的聚集和脱落,在反应后Pt的质量分数仅降低了4.52%,其形貌也没有发生明显改变,从而表现出优异的催化稳定性。

助剂Ga对Pt基催化剂脱氢性能的影响

通过添加助剂调控Pt基催化剂的活性相,可以达到提高催化剂选择性和稳定性的目的。以Ga为助剂,通过改变n(Ga)/n(Pt)调控Pt基催化剂的活性相,并采用BET、FT-IR、TG、H_(2)-TPR等手段对其进行了表征;在反应温度为580℃、体积空速为2000 h^(-1)、氢烃比(氢气与丙烷的体积比)为1的条件下,研究了Pt基催化剂脱氢性能。结果表明,Pt7Ga/Al_(2)O_(3)催化剂中的Pt粒径最小,分散性最好;Pt7Ga/Al_(2)O_(3)催化剂脱氢性能最好,反应3 h的丙烯选择性为90.98%,比PtSn/Al_(2)O_(3)催化剂高3.01%;Ga的调控增强了Pt与载体Al_(2)O_(3)间的作用力,降低了催化剂的酸性和催化剂的石墨化程度。

Pt基催化剂用于丙烷脱氢反应的研究进展

丙烯是一种重要的化工原料,被广泛用于生产聚丙烯、丙烯腈、环氧丙烷等化工产品,也是塑料、橡胶、纤维三大合成材料的基本原料。由于对丙烯的需求量不断增长以及页岩气的广泛开采,丙烷脱氢(PDH)作为一种直接生产丙烯的工业技术备受关注。然而,商业上使用的铂(Pt)基催化剂活性组分容易烧结和团聚,导致积碳问题,很容易失去催化活性。因此,开发具有高活性和高稳定性的PDH催化剂具有重要意义。近年来,负载型Pt基催化剂在PDH反应中得到了广泛研究。从金属助剂优化和载体效应两个角度,综述了当前Pt基PDH催化剂的研究进展,特别是助剂和载体如何使Pt中心形成高度分散和稳定的活性位点,并系统总结了提高Pt基催化剂稳定性的策略。此外,还展望了Pt基催化剂在PDH反应中的发展方向。

低温燃料电池阴极Pt基催化剂的研究进展

Pt催化剂是低温燃料电池最常用的电极材料,其表面结构、电子特性与催化性能之间的内在联系和规律是设计和研制高活性、高稳定性、高选择性电催化剂的基础。以近年来国内外关于氧还原反应的研究成果,综述了制备高分散Pt基催化剂的新技术,并重点介绍了催化剂颗粒的大小、组成、合金性质、表面结构和性能调控方面的研究进展,最后对这一领域的发展趋势作了展望。

反相微乳液法制备负载型Pt基催化剂及其选择加氢活性

采用反相(W/O)微乳液法制备负载型Pt基催化剂,以间氯硝基苯(m-CNB)选择加氢反应为探针,考察微乳液组成、助表面活性剂和油相种类、还原剂用量及载体种类等制备参数对催化剂活性的影响,并对Pt粒子及催化剂进行TEM表征。结果表明:选择十六烷基三甲基溴化胺(CTAB)/正丁醇/环己烷/H2PtCl6溶液的W/O微乳体系,m(CTAB)∶m(正丁醇)=3∶7,m(CTAB+正丁醇)∶m(环己烷)=3∶7,H2PtCl6溶液含量3.6%,N2H4.H2O用量100μL时制备的Pt/γ-Al2O3催化剂对m-CNB选择加氢活性最高。TEM分析表明催化剂中Pt粒子均匀分散在载体上。

炭载Pt基催化剂上甘油氧化反应路径的探究

结合透射电镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)等表征技术,比较研究了碳纳米管(CNTs)负载的单金属Pt和双金属Pt-Sb催化剂的结构及其非碱性条件下催化甘油氧化反应的性能与路径。结果表明:Sb的引入对催化剂的粒径以及Pt电子性质的影响较小,但Sb可能选择性沉积在Pt原子表面形成空间位阻,控制甘油的转化向有利于其仲羟基氧化的方向进行,从而改变了反应的选择性和路径。Pt/CNTs催化剂主要选择性氧化甘油的伯羟基生成甘油醛(GLyD)和甘油酸(GLYA),GLYA再进一步氧化生成羟基丙酮酸(HPYA)和亚酒石酸(TA);Pt-Sb/CNTs催化剂则优先氧化甘油的仲羟基生成二羟基丙酮(DHA),DHA进一步氧化生成HPYA;两种反应路径下生成的HPYA和TA最终都会氧化断键生成乙醇酸(GLYCA)等产物。

高分散还原态Pt基催化剂的制备及其NO氧化的催化性能

Pt^(0)被认为是NO氧化的活性物种,而催化剂的制备方法对活性物种的含量起着决定性作用。本文采用非惰性气氛保护的改性醇还原-浸渍法(MARI)合成了高分散高Pt^(0)含量的1%(w,质量分数)Pt/SiO_(2)―Al_(2)O_(3)催化剂(MA-Pt/SA)。X射线粉末衍射(XRD)、CO-漫反射傅里叶变换红外吸收光谱(CO-DRIFTS)和透射电镜(TEM)表征证实在550℃焙烧3 h后催化剂的Pt颗粒仅有3.8 nm。同时,X射线光电子能谱(XPS)和H_(2)-程序升温还原(H_(2)-TPR)结果表明催化剂具有高Pt^(0)含量(60.3%)。模拟柴油车尾气气氛进行活性测试,并与传统浸渍法制备的1%(w)Pt/SiO_(2)―Al_(2)O_(3)催化剂(C-Pt/SA)对比,结果显示MA-Pt/SA具有优异的催化氧化性能,其NO最大转化率高达74%,比C-Pt/SA的NO转化率高了23%。经670℃高温老化15 h后,老化的MA-Pt/SA的NO转化率仍然高达69%。此外NO+O_(2)共吸附原位漫反射傅里叶变换红外吸收光谱(in situ DRIFTS of NO+O_(2) co-adsorption)表明高的Pt分散度和高Pt^(0)含量能够促进中间物种桥式硝酸盐的生成及分解,进而导致了优异的NO氧化活性。最后,利用同样方法将Pt的负载量降低至0.5%(w)制备催化剂,NO转化率仍达64%。这种制备方法能够获得低贵金属高性能的Pt基催化剂。

丙烷脱氢反应Pt基催化剂研究进展

丙烷脱氢(PDH)反应Pt基催化剂具有单程转化率高、丙烯选择性好、稳定性优异的特点。通过对PDH反应机理的阐述,分析了Pt基催化剂中各组分的协同作用机理和金属-载体强相互作用对金属烧结和积炭等催化剂失活行为的影响。详细概述了Pt基催化剂的制备方法,包括后合成法(浸渍法、离子交换法、接枝法/锚固法、原子层沉积法)和原位合成法(共沉淀法、溶胶-凝胶法、原位水热法),以期通过Pt基催化剂活性中心构筑方法和技术来改进Pt基催化剂的失活行为,开发高活性、高选择性和高稳定性的Pt基催化剂。

燃料电池Pt基催化剂制备方法综述

对燃料电池Pt基催化剂的制备方法、原理及性能进行综述,重点探索Pt基催化剂量产的可能方法,包括多元醇法、油胺法、浸渍还原法和NaBH_(4)法,并对其他方法进行探讨。多元醇法和油胺法均为溶液法,制备过程简单、重复性高,适用于催化剂的量产制备。多元醇法采用价格低廉的生物质衍生物乙二醇作为溶剂和还原剂,可通过微波辅助的方式提高生产效率,是目前最适于批量生产Pt基催化剂的方法。

Pt基催化剂对金属氧化物助催化作用

介绍金属氧化物修饰Pt基催化剂作为直接甲醇燃料电池用阳极催化剂的研究工作,重点阐述了催化剂的结构和组成对反应机理的影响,探讨了存在的主要问题和发展前景.

Pt基催化剂在富丙烯气氛中选择性氢气氧化性能和结构演变规律

本工作研究了富丙烯气氛中Pt基催化剂的SHC性能和长期使用过程中活性相的演变规律。结果发现,Sn修饰的Pt/SiO2催化剂在丙烷和丙烯同时存在的条件下具有高的氢气氧化选择性(大于98%)。通过动力学研究,稳定性测试和结构表征发现,氧气的引入能够显著提高催化剂的结焦速率,形成的高度石墨化的焦炭,Pt的烧结,PtSn合金中Sn的氧化和偏析是导致长期稳定性测试中选择性下降的主要因素。

直接甲醇燃料电池阳极Pt基催化剂研究进展

直接甲醇燃料电池(DMFCs)由于其高效、安全便捷、无环境污染等优点,有望成为替代化石能源的高效能量转化装置。Pt由于具有优异的物理化学特性,使得其成为DMFCs最优异的阳极催化剂之一,然而由于其价格高且易被毒化等原因,在很大程度上限制了DMFCs的发展。因此,为了更好地推动DMFCs商业化发展,迫切需要开发出一种新型的阳极催化剂。基于此,如何开发出一种高活性和高稳定性的Pt基催化剂成为当前DMFCs领域研究的热点之一。本文首先阐述了DMFCs反应机理,其次详细讨论了Pt基二元合金催化剂、三元合金催化剂和高熵合金催化剂的研究进展,并总结了不同因素对甲醇氧化反应催化性能的影响,最后对甲醇燃料电池Pt基催化剂的未来发展趋势进行了展望。

丙烷脱氢反应中载体和助剂对Pt基催化剂性能的影响

丙烷脱氢制丙烯近年来受到学术界广泛关注。Pt基催化剂具有生态环保、催化活性高的优点,但是在高温的反应条件下仍然会发生失活现象,失活原因主要归结于:铂的烧结和积碳的产生。由于目前所使用的催化剂大多数是负载型催化剂,载体和所添加的助剂均会影响催化剂的性能表现。所以,本文较为系统地讨论了Pt基催化剂中载体和助剂对催化剂性能的影响,为今后制备出性能更加优异的Pt基催化剂做一定的参考。

直接甲酸燃料电池Pt基催化剂抗CO毒化的研究进展

直接甲酸燃料电池(DFAFCs)由于其具有较高的功率密度、能量效率和环境友好等优点被认为是目前最有前途的能量转换装置之一。作为膜电极的关键组分,铂(Pt)基纳米材料因其具有较好的催化活性受到广泛的关注。然而,局限于Pt的成本高昂、易被中间产物毒化等关键问题,研究新型高活性、高抗毒化能力的Pt基催化剂是当前DFAFCs商业化发展需要研究的热点问题之一。首先,本文阐述甲酸氧化产生中间产物CO以及Pt被CO毒化的机理;其次,我们整理近年来研究者们对Pt基催化剂CO耐受性的研究进展,其主要内容包括单原子、合金和异质结构等催化剂的设计合成及其对催化活性以及抗毒性的影响;最后,我们对直接甲酸燃料Pt基催化剂未来的发展方向提出了展望。

负载型Pt基催化剂在液态有机氢载体释氢过程中的应用

液态有机氢载体(LOHC)具备高储氢密度、化学性质稳定以及可以利用现有油品储运与加注设施等优势,是规模化储运氢能的有效途径之一。LOHC储氢是通过加氢反应和脱氢反应来实现储氢和释氢的。脱氢反应能耗高,易导致催化剂表面结焦,这限制了其商业化发展,开发高催化活性、选择性和耐久性的脱氢催化剂是该领域持续的挑战。负载型纳米Pt基催化剂具有较高的活化C-H键的能力、较低的C-C断键能力,有助于提高脱氢反应性能。综述了近年来负载型Pt基催化剂在LOHC脱氢过程中的应用进展,为今后的研究工作提供依据。

直接甲醇燃料电池Pt基和Pd基催化剂研究进展

直接甲醇燃料电池(Direct Methanol Fuel Cells, DMFCs)因其具备低温发电、结构简单、洁净环保等特点,受到了广泛关注。目前,研究人员正积极探索开发成本低廉且催化活性高的实用催化剂,以提高DMFCs的效率。本文阐述了DMFCs的发展优势和工作原理,总结近年来研究人员对DMFCs阴极和阳极催化剂方面的研究进展,主要涵盖铂(Pt)基和钯(Pd)基催化剂的设计、合成及其催化活性。最后,本文展望了DMFCs催化剂未来的研究方向和应用前景。Direct methanol fuel cells (DMFCs) have garnered significant attention due to their advantages of low-temperature power generation, simple structure, and environmentally friendly operation. Currently, researchers are actively exploring the development of practical catalysts that are both cost-effective and possess high catalytic activity to enhance the efficiency of DMFCs. This article discusses the development advantages and working principles of DMFCs, and reviews recent research progress on cathode and anode catalysts, with a focus on the design, synthesis, and catalytic activity of platinum (Pt) and palladium (Pd) based catalysts. Finally, the article explores future research directions and application prospects for DMFCs catalysts.

基于密度泛函理论的S掺杂碳载体负载Pt催化剂对氧还原反应的影响

采用密度泛函方法对比研究了Pt/C催化剂中碳载体掺S前后对氧还原反应(ORR)的影响。从电荷分布、态密度及d带中心等性质出发,分析了金属-载体间相互作用,研究了ORR各物种在催化剂上的吸附并计算了ORR过电势。结果表明:S掺杂使得碳载体表面发生了电子转移,S上的电子转移到邻近的C原子上,负载Pt纳米颗粒后,Pt金属上的电子转移给了碳载体;Pt在S掺杂碳载体上的吸附更强,形成了Pt—C键和Pt—S键,Pt纳米颗粒的分散度和稳定性得到了提升;掺S使得催化剂d带中心下降,对ORR各中间体的吸附减弱,ORR过电势降低,表明掺S能提高催化剂的催化活性。