高选择性部分氧化催化剂Au-Pd/TiO_(2)-SiO_(2)的设计合成与苯甲醇部分氧化反应

贵金属纳米催化剂在苯甲醇部分氧化制备苯甲醛过程中具有较高的反应活性,产物苯甲醛选择性较低。采用一锅法制备TiO_(2)改性的Au-Pd/TiO_(2)-SiO_(2)纳米合金催化剂并用于苯甲醇部分氧化反应。对催化剂结构表征关联反应进行评价。结果表明:少量TiO_(2)的引入会改善贵金属纳米颗粒在载体表面的分散度,调变了金钯合金表面的电子结构,提高反应活性,并显著提高载体表面Lewis酸位的数量,从而大幅提高苯甲醛选择性;大量TiO_(2)的引入会导致金钯合金程度降低,产生大量的Bronsted酸位,使得反应活性和产物选择性都大幅降低。

界面效应在锰氧化物修饰的CeO_(2)纳米立方甲苯氧化中的作用

本研究通过水热-浸渍两步法成功制备了不同Mn负载量的二元xMn/Ce(xMnOx/CeO_(2))催化剂,并评估了催化剂在甲苯催化氧化反应中的性能。研究结果表明,引入MnOx能显著提高催化剂的甲苯氧化活性。特别是当Mn负载量为10%(10Mn/Ce)时,在气体空速为60000 mL/(g·h)的条件下,t90(甲苯转化率达到90%时的温度)仅为233℃,显示出最优的甲苯催化氧化活性。这一结果说明,适量加入MnOx能够显著提高催化剂的催化性能。通过X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、透射电子显微镜(TEM)、程序升温还原(H2-TPR)和X射线光电子能谱(XPS)等表征手段,发现MnOx的加入在MnOx与CeO_(2)之间形成了界面效应,这显著改变了Mn/Ce催化剂的物理化学性质。由于界面效应的作用,不仅提高了10 Mn/Ce催化剂中Ce3+、Mn3+离子的浓度以及氧空位的浓度,而且还降低了催化剂表面Ce−O键强度,使得表面晶格氧更易于参与甲苯的催化氧化,提升了催化剂的氧化还原性能,从而促进了甲苯的催化氧化。本研究不仅成功制备了具有优异甲苯氧化活性的Mn/Ce催化剂,而且揭示了其背后的界面效应机制,为VOCs高效氧化催化剂设计与制备提供了简单有效的方法与思路。

多环芳烃双效耦合加氢催化剂制备及其加氢性能

多环芳烃加氢饱和既有利于环境保护,还能促进煤焦油的高效率利用。以煤焦油中(210~360)℃富含2-4环多环芳烃馏分为研究对象,采用加氢饱和催化剂与分子筛催化剂作为双效耦合催化剂,对不同反应条件下煤焦油催化加氢反应性能进行研究。结果表明,双效耦合催化剂具备分子筛催化剂与加氢饱和催化剂的催化特性,同时具备两者相互作用较小的稳态结构,且其在多环芳烃催化加氢反应中的活性介于分子筛催化剂和加氢饱和催化剂之间;活性金属组分Ni和Mo在催化剂表面分布稳定均匀。各操作条件对多环芳烃加氢性能存在不同程度的影响,双效耦合催化剂耦合比为4∶6时,多环芳烃催化加氢性能优于其他耦合比催化剂,在反应温度380℃、氢初压8.0 MPa、反应时间60 min和剂油比5∶100条件下,具有较好的加氢性能。馏分油多次选择性加氢后,饱和分量明显增加,胶质和芳香分量明显减少。

双金属电催化CO_(2)还原催化剂的合成、表征和机理研究进展

电催化二氧化碳还原反应(CO_(2)RR)是一种将CO_(2)转化为有价值的化学品的有效方法。然而,CO_(2)的转化是一个复杂的过程,涉及2、4、6、8和12等多电子转移步骤。因此,开发高效的催化剂以精确控制CO_(2)转化过程中的电子转移数目具有重要意义。单金属催化剂存在活性位点单一、反应动力学慢、产物选择性低和稳定性不足等缺点。双金属催化剂因其独特的结构和优异的性能而受到广泛关注。通过引入次金属,可以改变催化剂的电子结构,促进新的活性位点的形成,从而优化中间体与活性位点之间的相互作用。因此,本文综述了以炭材料为基底的单原子双金属催化剂和合金、异质结构等非原子级的双金属催化剂以及它们的制备方法、结构表征和催化产物,归纳双金属催化剂的催化机理。最后,提出CO_(2)RR中遇到的挑战并对今后的发展进行展望。

生态触媒视角下滨河区活力营造的设计策略探究——以昆明官渡区巫家坝滨水河道区为例

滨河地区生态资源的策略性利用对营造空间活力和促进地区健康发展有重要影响。研究通过分析“城市触媒理论”和“生态触媒效应”的实践应用,结合昆明官渡区巫家坝滨水河道区的资源特征,探索以“生态触媒效应”拓展城市设计思维和提高滨河地区活力的相关设计策略。在区域层面,基于生态触媒效应,定位地块生态功能,营造环状活力滨水空间;在基地层面,利用触媒的激发效应、缝合效应和链条效应,从文化景观节点、生态环境系统和线性滨河空间三个角度提出设计策略,以期在发挥生态触媒价值的同时为地区注入更多活力。

探索景观触媒效应下城市后工业景观设计推动山地城市更新的途径

后工业景观作为保护及利用工业遗产的重要范式,体现出生态修复、形象展示、文化传承、功能重组和产业开发的复合价值,已逐渐成为城市片区更新发展的重要抓手。根据当前后工业景观的现状与问题分析,发现在高质量城市更新的背景下,有必要从全局视角对成群成片的城市后工业景观更新进行整体性、持续化、多维度地思考。在此基础上,引入景观触媒效应的理论方法,剖析城市后工业景观触媒的特质,总结城市后工业景观在山地城市中的显著特征与设计关键;提出通过城市后工业景观触媒效应的激发推动老旧城市片区有机更新的实施途径,从而促进山地城市朝着生态功能健全、山城形象凸显、文化氛围浓厚、功能活力焕发、文旅业态兴旺的方向持续发展。

脂肪醇还原氨化催化剂载体的研究进展

基于还原氨化策略,以醇和氨为原料高选择性合成伯胺是绿色化学的重要研究领域。负载型催化剂作为非均相催化体系的重要组成部分,催化还原氨化反应性能由活性组分、助剂和载体等因素共同决定。介绍了醇还原氨化反应机理,综述了脂肪醇还原氨化合成伯胺反应中负载型金属催化剂中载体的作用,包括载体种类、载体效应与优化,载体效应主要包括碱性位点、酸性位点、酸-碱位点协同作用及金属分散性和颗粒尺寸调控。

不同配体修饰的UiO-66-X/ZnIn_(2)S_(4)(X=H、NH_(2)、(OH)_(2)、Br)负载型催化剂的光催化性能研究

通过水热法制备了不同配体修饰的UiO-66-X/ZnIn_(2)S_(4)(X=H、NH_(2)、(OH)_(2)、Br)负载型光催化剂,并采用傅里叶红外光谱仪、X射线衍射仪、扫描电子显微镜、紫外-可见漫反射光谱仪、光致发光光谱仪和电化学工作站对样品进行表征,分析了不同配体修饰方案对UiO-66-X/ZnIn_(2)S_(4)光催化性能的影响。以罗丹明B(RhB)和甲基橙(MO)溶液为目标污染物,探究不同修饰基团的电子效应对复合材料吸附性能和光催化性能的影响。结果表明:配体修饰后的ZU-(OH)_(2)/GF对阳离子染料RhB的吸附效率最好,在30 min时吸附效率为46.8%,反之,所有修饰后的复合材料对阴离子染料MO的吸附性能均低于未修饰的复合材料。在模拟太阳光照射下,所有复合材料经过配体修饰后的光催化性能都得到明显提升,其中ZU-(OH)_(2)/GF在150 min后对RhB的降解率高达99.0%。经过连续5次循环后,对RhB的去除率均保持在98%以上。这归因于配体修饰可以有效增强复合材料的光吸收性能,其中给电子基团还可以使复合材料活性中心的电子云密度增大,有效促进光生电子-空穴的分离和转移。

室温钠硫电池硫正极催化剂的研究进展

室温钠硫电池因其正负极材料丰富的自然资源、低廉的成本和优异的能量密度被视为极具竞争力的电化学储能系统。然而,严重的穿梭效应和缓慢的反应动力学是制约室温钠硫电池可持续发展和实际应用的两大障碍。在硫正极中引入适当的催化剂被广泛证明是一种可以抑制多硫化物的穿梭效应并促进其氧化还原动力学的有效策略,并在近年来成为了该领域的研究焦点。本文从材料设计和优化的角度入手,首先总结了在室温钠硫电池硫正极中被报道的金属、金属氧化物、金属硫化物、金属氮化物、金属碳化物、MXenes、金属单原子及其他在内的各种主流催化剂,并讨论了调节催化剂的吸附和催化性质的各种有效调节策略,包括尺寸缩减、缺陷工程、电化学钠化及异质结工程等。最后,针对室温钠硫电池正极用催化剂的研究现状指出了其未来的发展趋势,并基于室温钠硫电池面临的重大挑战,从基础理论研究和实用化设计两个层面展望了其未来的发展方向。

基于水合物生成的多机制耦合储存天然气实验研究

探索了基于水合物生成的多机制耦合储存天然气的方法,以提高储存效率并降低环境影响。对不同温度、压力以及不同有机催化剂的使用对水合物生成和稳定性的影响进行了实验研究。结果表明:在低温(-5~15℃)和高压(3~12MPa)条件下,使用特定催化剂显著提高了水合物的生成速率和稳定性。特别是在-5℃和12MPa条件下,使用CAT-4502催化剂时,水合物的生成量达到最大值650m L,而稳定性评分(分解时间)高达84h。此外,水合物技术在温室气体排放和能源消耗方面表现出优越性,相比传统储存方法,可减少约40%的温室气体排放和38%的能源消耗。本研究为天然气的高效储存提供了新的视角,并展示了水合物技术在环境友好性和经济可行性方面的潜力。

分子筛限域丙烷脱氢催化剂的研究进展

在“双碳”目标的背景下,丙烷直接脱氢制丙烯技术在近年得到迅速推广应用。替代催化剂的开发是丙烷脱氢新型工艺开发的核心问题。分子筛因能将金属团簇封装在孔道内或锚定于骨架上,而成为制备高效、稳定脱氢催化剂的理想载体。本文从不同活性中心的角度出发,系统阐述了铂基、铑基、锌基、钴基等分子筛限域催化剂的合成方法,金属纳米团簇与分子筛骨架间相互作用以及催化作用机制的研究进展,分析了分子筛限域催化剂在高温下关键组分流失、活性中心团聚的不足,提出了强化金属与分子筛相互作用的调控思路。最后指出为早日实现工业替代,分子筛限域催化剂还应从基础科学问题和适应于工业条件的催化剂放大两方面进行深入研究。

基于Fe/Fe_(3)O_(4)双相催化剂的高性能硫正极

针对锂硫电池中硫正极所面临的导电性差、体积膨胀、多硫化物穿梭和制备成本高等问题,利用绿色且低成本的重金属离子絮凝剂吸附金属离子来制备Fe/Fe_(3)O_(4)-C硫正极载体材料。形貌和结构分析表明,复合材料的三维碳结构上有Fe和Fe_(3)O_(4)均匀分布。负载硫后得到的Fe/Fe_(3)O_(4)-C-S电极具有优异的电化学反应动力学,在0.1C、0.2C、0.5C、1.0C倍率下分别表现出高达908、640、524、438 mAh·g^(-1)的比容量,在0.1C倍率下循环100圈后依然能够保持62.9%的初始容量。由此可见,Fe/Fe_(3)O_(4)-C复合材料中的三维碳结构既能提高导电性,也能缓解硫的体积膨胀,而Fe/Fe_(3)O_(4)双相催化剂可以高效地吸附多硫化物并促进其转化,从而抑制了穿梭效应。

碳纳米管/碳纳米带氧还原催化剂的长度效应

高活性、稳定、廉价的氧还原反应催化剂是燃料电池研究热点之一。本文研究了长度对全打开和半打开碳纳米管氧还原催化剂的影响。以不同长度的多壁碳纳米管为前驱体,制备了不同长度、不同掺氮量的一系列碳纳米管/碳纳米带复合催化剂。表征和测试发现,碳纳米管前驱体长度越长,碳纳米带掺杂氮元素含量越高,催化剂本征活性和起始电位越高;碳纳米管越短,催化剂表面越粗糙,催化层传质性能越好,起始电位与半波电位之间的差值越小,由此可知碳纳米带催化剂的长度存在最优值。此外,得益于非金属活性点,碳纳米带催化剂在酸性和碱性电解液中均表现出对甲醇和CO中毒良好的耐受性。

触媒效应下的乡村“一村一品”模式更新设计--以广州市港头村为例

近年来,乡村发展逐渐成为国家战略的重点,本研究致力于深入探索乡村建设的创新模式。以广州市港头村为研究对象,针对“一村一品”模式进行深度解析,提议结合触媒效应,从点触媒到面触媒采取渐进式的策略进行更新。研究重视乡村的特色产品、日常生活、生态环境和文化传统等多维度特色。通过港头村的具体更新设计策略,为当前的乡村振兴计划提供了具有前瞻性和实践价值的新思维与方法。

沸石基金属硫化物加氢裂化催化剂研究进展

加氢裂化作为生产柴油、润滑油、喷气燃料等清洁油品和石脑油、烯烃裂解原料等化工品的重要工艺技术,在石油化工行业中发挥着不可替代的作用。加氢裂化反应中的双功能催化剂是由金属中心和酸性载体组成,沸石基金属硫化物催化剂在工业加氢裂化反应中一直占据主导地位。重点总结并讨论了沸石基硫化物加氢裂化催化剂的加氢活性相以及载体的酸性质、织构性质等对催化剂活性以及选择性的影响;分析了金属中心与酸性中心之间的平衡匹配(即双中心数量配比和距离)对催化性能的影响,探讨了双中心协同作用的机理;并对高效加氢裂化催化剂的开发进行了总结与展望。

旧城更新中文物建筑活化触媒效应研究——以李劼人故居纪念馆为例

随着城市存量设计时代的到来,旧城更新成为我国未来城市发展的主旋律。文章结合文物建筑活化这一城市建设的热点内容,从城市触媒的角度,分析文物建筑活化给旧城更新带来的触媒元素及触媒机制,探索如何有效引导文物建筑的触媒反应,形成自上而下的有机式更新,以期为同类型的文物建筑活化提供经验借鉴。

Ce-Cu协同作用对Ce-CB/Al_(2)O_(3)催化剂催化甲醛乙炔化性能的影响

采用共沉淀法制备了具有不同Ce质量分数掺杂改性的CuO-Bi_(2)O_(3)/Al_(2)O_(3)催化剂,通过XRD、BET、H2-TPR、SEM、XPS等手段研究了Ce助剂对催化剂结构及其甲醛乙炔化反应性能的影响。结果表明,Ce和Cu的双金属协同作用不仅提高了CuO在催化剂中载体表面的分散度,还促进了CuO的还原活化过程,使得催化剂中的CuO高效转变为乙炔亚铜活性物种,并在反应过程中保持较高的分散度与稳定性。Ce掺杂改性的催化剂表现出更高的催化活性,在Ce5-CB/Al_(2)O_(3)催化剂催化甲醛乙炔化反应中,实现了93.7%的甲醛转化率以及98.1%的1,4-丁炔二醇选择性,且催化剂经历6次循环后催化活性未见明显降低。

扫描电镜联合电化学工作站测试技术在物理化学实验教学中的应用

医学院校制药工程、药学和药分等专业均开设了物理化学综合实验课程。本文阐述了扫描电子显微镜联合电化学工作站测试技术在物理化学综合实验教学中的应用。学生通过自主查阅文献,设计合成催化剂材料,使用扫描电子显微镜表征并观察催化剂材料的形貌和结构,同时借助电化学工作站仪器平台,将所制备的催化剂应用于电化学催化水分解实验。扫描电镜联合电化学工作站测试技术在物理化学实验教学中的应用,不仅激起了学生浓厚的学习兴趣,也锻炼了学生的实验操作技能和自主探究能力,同时对学生的科研素养、创新意识和思维方式的培养具有重要意义,更有利于提升医学院校物理化学实验课程的教学质量和教学效果。

合金纳米颗粒原子级分散制备的双位点催化剂中单点Ag1对Pd1在炔烃双烷氧羰基化反应中的促进作用

炔烃烷氧羰基化反应是一种原子经济反应,可以生成α,β-不饱和羧酸、二羧羧酸酯及其衍生物.其中,乙炔的双烷氧羰基化产物(丁烯二酸二酯)可通过两段加氢制备1,4-丁二醇,该反应路径对于生产生物可降解材料聚丁二酸丁二醇酯(PBS)具有重要意义.然而,目前广泛应用的均相Pd基催化体系存在催化剂分离困难、金属流失以及需要添加有机膦配体或各种磺酸助剂等问题,这不仅增加了制备成本,还可能引入不必要的杂质.此外,尽管纳米催化剂在催化领域有着广泛的应用,但大多数纳米催化剂在炔烃双烷氧基羰基化反应中仍表现出反应活性低和稳定性差的问题,这限制了其在工业生产中的应用.相比之下,多相单金属点催化剂因其100%的原子利用率和较好的催化活性而备受关注.然而,由于多相单金属点催化剂具有相对简单的结构和配位环境,其应用仍受到一定的限制.为了克服这一难题,合成具有不同金属的双位点催化剂成为了一个研究热点.双位点催化剂有望进一步释放单金属位点催化剂的潜力,提高反应活性和稳定性.然而,尽管双位点催化剂具有巨大的应用前景,但目前仍面临着制备方法的挑战.如何设计并实用可行地制备出具有高效催化性能的双位点催化剂,是当前科研领域亟待解决的问题.本文提出一种由CO/CH3I混合物诱导分散Pd-Ag合金纳米颗粒的处理方法,用于制备Pd1-Ag1/AC双位点催化剂.利用X射线衍射、X射线光电子能谱和高角环形暗场扫描透射电子显微镜等方法对分散过程进行表征.结果表明,在分散过程中,CO和CH3I与金属发生协同作用,通过配位生成一种独特的双核络合物(PdI2(CO)-I2-AgI)结构.这种络合物结构逐一从合金纳米颗粒上剥落,直至完成原子级的分散.乙炔双烷氧羰基化反应结果表明,与单金属Pd1/AC相比,在相同反应条件下,双位点Pd1-Ag1/AC催化剂上的乙炔转化率提高了2倍.同时,在保持丁烯二酸二酯选择性为98%的情况下,该催化剂循环使用10次后催化剂性能未见明显变化.炔烃底物拓展结果表明,Pd1-Ag1/AC的协同作用不仅可以提高催化活性,而且在高位阻存在的情况下可以提高产物的立体选择性,这表明双位点协同促进作用对炔烃双羰基化反应具有良好的普适性.微分吸附量热表征结果证明了通过碘配体桥连的Pd1和Ag1单金属点之间的协同效应可以增强催化剂对乙炔的吸附能力.此外,结合拓展边X射线精细结构等实验结果,对催化剂的结构变化和反应机理进行了进一步的探究.第一性原理计算得到的反应能垒和过渡态结果表明,乙炔吸附是反应的速率决定步骤.与Pd1/AC相比,Pd1-Ag1/AC催化剂在反应决速步上表现出了更低的活化能,这从热力学和动力学两个层面解释了其具有更好催化性能的原因.Bader电荷分析和投影态密度计算的结果表明,由于Ag1位点的引入,使Pd1-Ag1/AC催化剂的电荷转移能力和吸附能力均得到增强.相较于Pd1/AC,Pd1-Ag1/AC具有更低的形成能,表明Ag1位点不仅可以提升催化活性,也可以增强双位点结构的稳定性.因此,在催化反应中,Ag1位点的存在起到了重要的促进作用,使得Pd1-Ag1/AC催化剂表现出更优异的性能.综上,本文制备的双位点Pd1-Ag1/AC催化剂在乙炔双烷氧羰基化反应中表现出较好的催化活性和稳定性,证明了双位点协同效应的重要性,为高效催化剂的设计和应用提供了新的思路.

轻同位素分离纯化与催化标记研究进展

氢碳氮氧等稳定轻同位素广泛应用于医疗药物、临床诊断、环境地质等领域。如何获得高纯同位素原料并将其标记到目标化合物是同位素产业的核心技术。基于量子效应的同位素吸附分离方法具有选择性高、能耗低等优势,在同位素分离纯化方面展现出应用潜力;而催化同位素交换法和官能团转化法是制备同位素标记化合物的重要手段。基于量子效应的同位素分离与催化标记技术的核心之一是开发高效吸附及催化材料。总结了同位素分离及标记的最新进展,分析了核心材料的发展现状与性能强化方法,并对轻同位素分离纯化及标记方面的挑战和发展趋势进行了展望。