可充放锌空电池用过渡金属氧化物双功能催化剂研究进展

近年来,可充放锌-空气二次电池因其高理论比能密度、高安全性、环境友好、低成本等优点,引起了广泛的关注,被认为是未来电网和电动汽车供电的可行选择之一.锌空电池中,氧还原反应和析氧反应催化剂的活性和稳定性对电池的能量密度、功率密度和寿命有重要影响,因此,开发高效、稳定的氧还原/析氧反应双功能催化剂已经成为一个重要研究方向.本文介绍了不同种类过渡金属氧化物催化剂的活性来源及其在锌空电池能量密度、充/放电电压、循环寿命等方面的表现,总结了当下研究现状中提高催化性能的策略和方法.

石墨烯负载金属氧化物催化剂在氧还原反应中的研究进展

催化剂对氧还原反应(ORR)起到至关重要的作用。近年来,人们为寻找可替代Pt金属的高性能非贵金属催化剂付出了诸多努力。过渡金属氧化物作为具备优异ORR催化活性的催化剂之一,成本低廉、储量丰富,在ORR催化领域具有巨大潜力,因而引起广泛的研究。但由于大部分过渡金属氧化物导电性差,极大地阻碍了其催化活性,所以将其负载于合适的载体上,对提高ORR性能有重要意义。石墨烯以其独特的电子特性、优异的导电性以及其他良好的物理、化学性质被广泛作为载体使用。本文综述了石墨烯负载过渡金属氧化物作为ORR催化剂的研究进展,主要从石墨烯载体分类、制备方法、过渡金属氧化物分类等多角度讨论了该类催化剂在ORR中的应用及发展前景,指出石墨烯负载过渡金属氧化物作为ORR催化剂应致力于将开发杂原子掺杂石墨烯作为载体、复合金属氧化物作为活性物质的主要发展方向,并趋向于降低制备工艺的能耗和周期,提高催化剂的性能,达到降本增效的目的。

过渡金属氧化物催化剂上甲烷催化燃烧的研究

Catalysts for methane combustion were prepared by iron,cobalt and manganese oxides as active components.The catalysts showed high activity,good thermal stability and similar character to noble metal catalysts.The high activity was kept after aging at 1000℃ for 5h.Preparation methods thus ensued had great effect on catalytic activity and thermal stability.

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。

添加过渡金属氧化物对CH_4、CO_2和O_2制合成气催化剂性能的影响

在CH4、CO2 和O2 制合成气反应中 ,通过添加过渡金属氧化物 (助剂 ) ,改善了Ni/CaO -Al2 O3催化剂的性能。结果表明 ,添加助剂提高了催化剂的低温活性 ,但高温活性只有添加CuO时才有所提高。试验还测得催化剂的抗积炭顺序 :Ni-CuO/CaO -Al2 O3>Ni-MnO2 /CaO -Al2 O3>Ni-Cr2 O3/CaO -Al2 O3>Ni-V2 O5 /CaO -Al2 O3>Ni/CaO-Al2 O3。采用晶格氧活动性、TPR、XPS方法发现 ,助剂的添加提高了Ni的电子云密度 ,减弱了CH4深度裂解的可能性 ;提高晶格氧的活动性 ,使在催化剂表面上的积炭能被及时气化 。

负载型过渡金属氧化物催化剂上SO_2的还原

研究了γ Al2 O3负载过渡金属氧化物催化剂上CO还原SO2 的反应 ,考察了系列过渡金属对该反应的催化活性 ,发现Fe系催化剂的性能最好。同时对还原反应的条件进行了选择 ,发现在较低温度下 ,大空速不利于SO2 的还原 ,而在较高温度下 ,气体空速对反应影响不大 ,不同的物料配比对反应结果有很大影响 ,当CO∶SO2 =2时 ,最有利于单质硫生成。研究证明 ,金属硫化物是催化SO2 还原反应的活性相 ,该活性相的形成与催化剂的氧化还原能力有关 。

钙钛矿型复合氧化物催化剂中过渡金属离子的状态及其间的相互作用

讨论了Ｂ位二元复合钙钛矿型复合氧化物ＬａＭｙＭ１＇Ｏ３（Ｍ，Ｍ’＝Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ；ｙ＝０．０～１．０）中过渡金属离子的状态及其间的相互作用．在Ｍｎ－Ｃｏ复合体系中，富锰区（ｙ＞ｏ．５）Ｍｎ３＋－Ｏ２－－Ｍｎ４＋的铁磁超交换作用对样品的磁性起决定作用．富钴区（ｙ＜０．５）Ｃｏ２＋和ＣｏＩＩＩ离子的存在及其浓度是影响磁性和电导性的主要因素．ｙ＝０．５时样品的结构决定了样品的强铁磁性质．在Ｆｅ－Ｍｎ和Ｆｅ－Ｃｏ体系中Ｆｅ离子的状态的不同主要是由于Ｍｎ、Ｃｏ离子在其周围的分布和氧化还原性质的不同而引起的．

过渡金属氧化物对气溶胶灭火剂燃烧性能的影响研究

为有效降低热气溶胶灭火剂的燃烧温度,以KNO_(3)作为氧化剂,蔗糖和乌洛托品作为可燃剂,酚醛树脂作为粘合剂设计了气溶胶灭火剂的基本配方,并通过灭火试验和喷射试验研究了CuO、Fe_3O_4、Fe_2O_(3)、Co_2O_(3)、MnO_(2)等5种过渡金属氧化物添加剂对气溶胶灭火剂的灭火效率、残渣率、燃烧温度及稳定性的影响。结果表明:过渡金属氧化物的添加有助于缩短灭火剂燃烧时间和降低灭火剂燃烧温度;添加CuO的配方的燃烧温度降低最明显,从370.2℃降低至255.7℃,并且燃烧性能更加稳定,这是由于CuO的加入抑制了高温火焰的产生。

过渡金属氧化物催化剂深度氧化性能的研究

考察过渡金属氧化物催化剂深度氧化活性以及吡啶氧化过程ＮＯ＿ｘ控制能力。结果表明，各类有机物氧化的难易程度与它们的极性大小有一定的对应关系，极性越大，包容易氧化。对于吡啶，催化剂的氧化活性与氧化过程ＮＯ＿ｘ控制能力成正比。随着过渡金属氧化物生成焓（－ΔＡＨ＿０）增加，催化剂对丙酮的氧化活性下降，而对吡啶、苯的氧化活性呈现最低点。

过渡金属氧化物催化剂对甲苯、丙酮深度氧化性能的考察

考察了负载型过渡金属氧化物催化剂对甲苯和丙酮深度氧化活性，结果表明，这些催化剂对丙酮深度氧化的活性明显高于甲苯。对于甲苯的氧化，催化剂活性次序为：Ｖ＿２Ｏ＿５＞ＣｏＯ≈ＣｕＯ≈Ｃｒ＿２Ｏ＿３＞ＮｉＯ＞ＭｎＯ＿２；对于丙酮的氧化，催化剂的活性次序为：ＭｎＯ＿２≈ＣｕＯ＞ＮｉＯ≈ＣｏＯ＞Ｖ＿２Ｏ＿５＞Ｃｒ＿２Ｏ＿３．通过对具有不同极性的有机物在ＣｕＯ／γ－Ａｌ＿２Ｏ＿３催化剂上氧化活性的考察发现，有机物氧化的难易程度与其极性大小有一定的对应关系，极性大者容易氧化．

二元过渡金属氧化物界面结构的研究(Ⅲ):半导体气敏性能及邻二甲苯选择性氧化制苯酐的催化活性

导电性能测试证明,这些二元氧化物属于N-型半导体,其电阻在邻二甲苯气氛中明显减小,即具有对邻二甲苯的气敏效应,其灵敏度在化学吸附的初期阶段与邻二甲苯蒸气浓度呈线性关系。催化选择性及转化率测定证明,MoO3-V2O5,MoO3-TiO2及MoO3-WO3体系对于邻二甲苯选择性氧化为苯酐,具有催化活性,但MoO3-ZrO2体系没有催化活性。非晶相分散的MoO3及V2O5对该反应的促进作用较为显著,尤其当组成接近于分散阈值时,选择性最佳。MoO3-Fe2O3体系则对甲醇氧化为甲醛具有催化活性。

过渡金属/分子筛催化剂上选择性催化还原氮氧化物的研究进展

综述了近十年来过渡金属/分子筛催化剂上氨和碳氢化合物选择性催化还原NOx方面的研究进展。在NH3-SCR体系,着重介绍了铜基和铁基分子筛催化剂的研究状况,探讨了分子筛催化剂在该体系中的失活原因;在HC-SCR体系,总结了不同过渡金属、分子筛类型、还原剂、H2O和SO2等对催化剂活性的影响,探讨了目前比较公认的碳氢化合物选择性催化还原NOx的反应机理。最后展望了分子筛催化剂在选择性催化还原NOx领域今后的研究方向。

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。

过渡金属氧化物修饰的金纳米催化剂苯甲醇氧化性能

采用一步法合成介孔二氧化硅负载的金纳米催化剂,以氯化锡为前驱体,通过浸渍法向金纳米催化剂中引入助剂氧化锡,得到过渡金属氧化物修饰的金纳米催化剂。通过N2吸附-脱附、X射线衍射、透射电镜和固体紫外漫反射光谱等对催化剂结构进行表征。将所合成的催化剂用于苯甲醇选择性氧化反应,考察助剂组分对催化剂性能的影响,结果表明,氧化锡的引入改变了金纳米颗粒的表面电子结构,增加了催化剂活性与选择性;但随着氧化锡含量继续增加,催化剂活性降低,这主要是因为金纳米颗粒表面过渡金属氧化物覆盖度增加,减少了催化剂活性组分与苯甲醇的接触。当氧化锡质量分数0.2%时,催化剂效果最佳,在100℃和氧气压力0.2 MPa下反应3 h,苯甲醇转化率25.7%,苯甲醛选择性75.9%,苯甲酸选择性15.8%,苯甲酸苄酯选择性6.3%。

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%.

过渡金属单氧化物光催化剂的研究进展

目的概述过渡金属单氧化物(FeO,CoO和NiO)光催化剂的研究进展,旨在从机理层面上更好地认识这类催化剂,使之为工业生产和生活服务。方法参考国内外相关文献32篇,对过渡金属单氧化物(FeO,CoO和NiO)光催化剂的研究进展进行综述。结果从FeO,CoO,NiO及其掺杂物的结构、电子性质和其光催化性质几方面入手,对前人的研究工作进行了简要概述,并指出了其中存在的一些问题。结论过渡金属单氧化物(FeO,CoO和NiO)作为一类重要的光催化剂,有化学性质稳定、低成本、无毒等优点,但是由于其禁带宽度较大,对光的利用率低;催化剂很容易发生团聚,导致表面积降低而失活;对其催化机理的研究有待进一步深入。

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 .

金属硫酸盐与氧化物助剂对SCR脱硝催化剂性能的影响

通过分步浸渍法制备了一系列以碱土金属或过渡金属为助剂,低钒含量的V-Mx(SO4)y-W/Ti及V-MxOy-W/Ti催化剂,对负载相同金属离子硫酸盐及氧化物的催化剂性质进行了对比考察。通过选择性催化还原(SCR)反应对催化剂进行活性评价,结果显示,负载某金属硫酸盐比相应氧化物助剂的催化剂活性好。负载钴离子的催化剂具有良好的低温活性,进而对负载钴离子的催化剂进行了抗硫抗水性能测试,并借助XRD、NH3-TPD、H2-TPR、TG、BET对负载不同金属硫酸盐及氧化物助剂的催化剂进行了表征,揭示了活性好的催化剂(如负载CoSO4的催化剂)通常具有较多的表面酸及较好的低温还原能力。