聚光太阳能驱动二氧化碳甲烷化实验研究

针对聚光光热驱动CO_(2)甲烷化反应过程中聚光的作用机制尚不清晰的问题,以具有优异反应活性及光热转换特性的Ni/Al_(2)O_(3)催化剂为研究对象,开展了聚光光热驱动和热驱动下的CO_(2)甲烷化实验及机理研究。通过表观活化能测试、温度梯度实验及时间分辨的原位漫反射红外光谱实验,探究了聚光在反应过程中的作用机制,揭示了光热驱动CO_(2)甲烷化的反应机理。结果表明,与纯热驱动过程相比,光热驱动在相同温度下表现出更佳的催化性能。光热驱动下w(Ni)为15%的Ni/Al_(2)O_(3)催化剂在350℃下可达到86.8%的CO_(2)转化率,达到峰值转化率所需的温度比纯热驱动过程降低了25℃。此外,光热较热驱动过程的表观活化能降低了25%,且光致温度梯度进一步促进了CO_(2)的转化。时间分辨的原位漫反射红外光谱实验结果表明,聚光改善了CO_(2)在催化剂表面的吸附,促进了关键中间体的转变,增强了CO*生成CH4的反应路径,从微观动力学上促进了CO_(2)的转化。该研究为认识聚光太阳能驱动CO_(2)甲烷化过程中聚光的作用机制提供了新的思路。

氢氧化钠分子结构原位漫反射一维及二维漫反射中红外光谱研究

通过原位一维漫反射中红外(MIR)光谱开展了氢氧化钠分子结构研究。实验发现,氢氧化钠分子结构主要红外吸收模式包括OH基团伸缩振动模式(νOH-NaOH-_(一维))和OH基团面内摇摆振动模式(ρOH-NaOH-_(一维))。进一步开展了氢氧化钠分子结构的原位二维漫反射MIR光谱研究。采用原位漫反射一维及二维漫反射MIR光谱开展氢氧化钠结构研究,对氯碱工业具有重要意义。

原位漫反射中红外光谱在氢氧化钠杂质分析的应用

对原位漫反射中红外光谱开展了氢氧化钠杂质研究。实验发现:氢氧化钠杂质主要包括:少量碳酸钠和水。碳酸钠分子主要的红外吸收模式包括:C=O基团伸缩振动模式(νC=O-Na_(2)CO_(3))和CO_(3)基团面内弯曲振动模式(βCO_(3)-Na_(2)CO_(3))的合频峰(νC=O-Na_(2)CO_(3)+βCO_(3)-Na_(2)CO_(3));C=O基团伸缩振动模式(νC=O-Na_(2)CO_(3));CO_(3)基团不对称伸缩振动模式(νasCO_(3)-Na_(2)CO_(3));CO_(3)基团对称伸缩振动模式(νsCO_(3)-Na_(2)CO_(3));CO_(3)基团面外弯曲振动模式(rCO_(3)-Na_(2)CO_(3))及CO_(3)基团面内弯曲振动模式(βCO_(3)-Na_(2)CO_(3));水分子主要的红外吸收模式包括:OH基团伸缩振动模式(νOH-H_(2)O)。原位漫反射中红外光谱在氢氧化钠杂质分析领域,具有重要的应用研究价值。

天然红宝石结构的原位漫反射中红外光谱研究

利用原位漫反射中红外光谱研究天然红宝石的结构,发现红宝石结构的红外吸收模式主要包括:α-Al_(2)O_(3)分子中O^(2-)对静止Al^(3+)位移对应的红外吸收模式(ν_(α-Al_(2)O_(3)-O-Al))、Cr_(2)O_(3)分子中O^(2−)对静止Cr^(3+)位移对应的红外吸收模式(ν_(Cr_(2)O_(3)-O-Cr))、Fe_(2)O_(3)分子中O_(2)−对静止Fe3+位移对应的红外吸收模式(ν_(Fe_(2)O_(3)-O-Fe))、α-Al_(2)O_(3)分子中Al^(3+)之间位移对应的红外吸收模式(ν_(α-Al_(2)O_(3)-Al-Al))及锌尖晶石特征红外吸收模式(νZnAl_(2)O4);红宝石的主要结构包括:α-Al_(2)O_(3)、Cr_(2)O_(3)、Fe_(2)O_(3)及少量共生锌尖晶石。采用原位漫反射中红外光谱,研究小颗粒红宝石类矿物结构具有重要的应用价值。

Sb-Pb-Pt/GC电极上二氧化碳还原过程研究

研制纳米薄膜合金电极 (Sb Pb Pt/GC电极 )用于二氧化碳电催化还原。运用循环伏安、电化学原位红外反射光谱和微电极技术对二氧化碳的电还原过程和还原产物进行研究。结果表明 :二氧化碳在此电极上的起始还原电位为 - 0 43V ,主要还原产物为有机羧酸。

二氧化铈促进钴氧化物表面氧化一氧化碳的原位表征研究（英文）

CO氧化由其广泛的应用而成为催化领域中研究的重要反应,Co_3O_4催化剂具有价格低廉、催化活性高等优点而引起研究者的关注,其中,催化剂的结构、表面特性及反应机理等是研究的重点.催化剂的原位研究对观察相变过程,理解相应的表面化学反应和反应机理起着重要的作用.本文采用煅烧法制备了Ce O_2掺杂的Co_3O_4,并对其催化CO氧化反应性能进行了研究.通过扫描电镜、高分辨率透射电镜、拉曼光谱和X射线光电子能谱对催化剂的微观结构和形态进行了表征.通过原位X射线衍射(原位XRD)和原位漫反射红外傅立叶变换光谱(原位DRIFTS)表征了Ce O_2掺杂Co_3O_4对CO氧化的效果.原位XRD测试是在氢气气氛中进行,借以评估催化剂的氧化还原特性.结果表明,由于Ce O_2的补氧能力,CeO_2掺杂可以提高Co^(2+)的还原能力,并促进了Co^(3+)-Co^(2+)-Co^(3+)循环.采用原位DRIFTS对CeO_2改性的Co_3O_4表面吸附的碳酸盐物种进行了探究.结果表明,吸附碳酸盐物种的CeO_2掺杂Co_3O_4催化剂的红外峰与纯Co_3O_4相比有所不同.CeO_2掺杂的Co_3O_4上吸附的碳酸盐物种较为活泼,其与催化剂表面的结合作用力比较弱,不会覆盖催化剂表面的活性位点,能有效抑制催化剂的失活.本文揭示了CeO_2掺杂Co_3O_4促进CO氧化的机理,为设计高效氧化CO的催化剂提供了理论支持.原位XRD的结果表明,由于CeO_2的补氧能力,引入CeO_2可以显著提高Co^(2+)的稳定性.换句话说,它可以通过降低Co^(2+)的氧化能力来提高Co^(2+)的还原能力,有利于促进Co^(3+)-Co^(2+)-Co^(3+)循环的稳定性,从而使Co^(2+)更容易转化为Co^(3+).原位DRIFTS表明,在某种程度上,吸附在CeO_2-Co_3O_4表面的碳酸盐物种呈游离态,与催化剂表面的结合作用力较弱.这种类型的碳酸盐更活泼,而且不会像那些强作用在催化剂表面的碳酸盐物种那样使表面钝化.CeO_2-Co_3O_4与Co_3O_4的表面吸附的碳酸盐物种的差异是由于引入的CeO_2对氧化钴表面进行修饰改性的结果.在高温和N_2气氛下进行预处理后,CeO_2表面变得光洁且形成了一些氧空位,其特殊的储氧能力通过弱吸附氧使其表面更加活泼.这些结果证实,经过CeO_2的修饰后,氧化钴表面更加活泼,且更适合CO氧化反应的发生.

温和条件下甲醛在Pt/TiO_2上催化氧化反应的原位漫反射红外光谱研究

采用原位漫反射红外光谱研究了温和条件下1%Pt/TiO2催化剂上甲醛的吸附和氧化反应,并对催化剂的失活进行了分析.结果表明,Pt/TiO2催化剂在室温条件下即可将甲醛氧化成H2O和CO2,100oC以下甲酸根的分解为决速步骤,低温下催化剂失活是由于表面未能及时分解的甲酸根占据了催化剂的活性位,升温至100oC即可将甲酸根完全分解并恢复催化剂的活性.

原位漫反射红外光谱研究氮氧化物在Ag-ZSM-5催化剂上的吸附态及选择性催化还原反应机理

利用原位分析方法对催化剂表面吸附态进行动态表征 ,对了解催化反应机理具有重要的意义。漫反射红外光谱是一种理想的原位方法 ,应用该方法在 2 98～ 773K范围原位考察了以丙烯为还原剂 ,NO在Ag ZSM 5催化剂上的吸附态及选择性催化还原过程。认为NO的选择性催化还原符合直接作用机理 ,还原的关键是形成有机 氮氧化物 (R NO2 或R ONO)中间体。O2 的作用是使C3H6 充分活化 ,并是有效产生有机

原位漫反射红外光谱表征钛硅分子筛TS-1催化苯乙烯氧化反应

采用高温漫反射红外光谱考察了钛硅分子筛TS-1的稳定性,发现960cm-1吸收峰在673K时没有变化,表明所表征的骨架钛具有一定的高温稳定性,而表征分子筛骨架振动的两个吸收峰在673K下向低波数位移了约13cm-1。探讨了H2O2吸附对TS-1分子筛骨架钛的影响,发现960cm-1处的吸收峰在吸附H2O2后强度减弱,并且向高波数位移了11cm-1;抽真空或加热,吸收峰又复原,表明骨架钛可能存在TiO结构,H2O2与分子筛中的TiO作用,使相应的960cm-1吸收峰向高波数位移。原位漫反射红外光谱考察了TS-1催化苯乙烯氧化反应,谱图分析表明,苯甲醛是主要产物,TS-1催化氧化的关键是H2O2吸附在TS-1的骨架钛上形成活性中心。

Bi_(12)O_(17)Br_2和Bi_4O_5Br_2纳米片的简易制备及光催化氧化NO机理的原位漫反射红外光谱研究(英文)

BiOBr因具有合适的能带结构和独特的层状纳米结构而广泛应用于可见光催化领域,但其低的可见光利用率和高的光生电子-空穴对复合率,限制了其实际应用.最近,非整比BiOBr纳米材料表现出了良好的可见光催化性能.本课题组分别采用简易水热法和常温法制备得Bi_(12)O_(17)Br_2和Bi_4O_5Br_2纳米片,并表现出良好的可见光催化性能.然而,对于Bi_(12)O_(17)Br_2和Bi_4O_5Br_2的可见光催化氧化NO的转化路径及反应机理还不清楚.基于此,本文采用射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)、电子自旋共振(ESR)、电子顺磁共振(EPR)和比表面积-孔结构(BET-BJH)等手段研究了Bi_(12)O_(17)Br_2和Bi_4O_5Br_2的理化性能,通过原位红外光谱(in situ DRIFTS)研究了Bi_(12)O_(17)Br_2和Bi_4O_5Br_2的可见光催化氧化NO的转化路径及反应机理.XRD结果表明,在常温碱性环境下,OH^-离子逐步取代BiOBr中的Br-离子制备得单斜晶相Bi_4O_5Br_2;在水热碱性环境下,OH-离子进一步取代Bi_4O_5Br_2中的Br-离子制备得四方晶相Bi_(12)O_(17)Br_2.SEM和TEM结果表明,Bi_(12)O_(17)Br_2是由不规则纳米片堆叠形成的紧密且厚实的层状结构,Bi_4O_5Br_2是由纳米片和纳米颗粒无序堆积形成的多孔疏松结构.BET-BJH测试结果显示,Bi_4O_5Br_2的比表面积和孔容(37.2 m^2/g,0.215 cm^3/g)显著高于Bi_(12)O_(17)Br_2(8.7 m^2/g,0.04 cm^3/g).UV-Vis DRS测试结果显示,Bi_(12)O_(17)Br_2和Bi_4O_5Br_2均显示了良好的可见光吸收能力.可见光催化去除NO的测试结果表明,Bi_4O_5Br_2(41.8%)的光催化活性明显高于Bi_(12)O_(17)Br_2(28.3%).并且,在5次可见光催化循环实验后,Bi_4O_5Br_2(41.1%)表现出良好可见光催化稳定性.ESR测试结果表明,Bi_(12)O_(17)Br_2和Bi_4O_5Br_2参与反应的主要活性物种均为·OH自由基,Bi_4O_5Br_2产生·OH自由基明显强于Bi_(12)O_(17)Br_2.EPR测试结果表明,Bi_4O_5Br_2的氧空位明显多于Bi_(12)O_(17)Br_2,丰富的氧空位更有利于NO的有效吸附.由此可见,Bi_(12)O_(17)Br_2和Bi_4O_5Br_2表现出不同的理化特性.可见光催化氧化NO的原位红外光谱表明,只在Bi_(12)O_(17)Br_2光催化氧化NO的转化路径中会生成中间产物N2O3,表明Bi_(12)O_(17)Br_2和Bi_4O_5Br_2具有不同的NO光催化转化路径.结合上述表征结果认为,Bi_4O_5Br_2比Bi_(12)O_(17)Br_2表现出更优异可见光催化性能的主要原因有以下四个方面为:(1)Bi_4O_5Br_2拥有更高的比表面积和更大的孔容,有利于NO的吸附、反应中间产物的转移和提供更多的活性位点参与光催化反应;(2)Bi_4O_5Br_2可以生成更多的·OH自由基和拥有更强的价带空穴氧化能力;(3)NO中的O原子可以与Bi_4O_5Br_2的氧空位结合,从而提供更多的反应位点;(4)Bi_4O_5Br_2的光催化反应中可以生成中间产物N_2O_3,可以降低NO转化成NO_3^-的反应活化能.

多组分钼铋催化剂上丙烯氨氧化反应的原位漫反射红外光谱研究

在原位条件下利用漫反射红外技术对丙烯选择氨氧化反应进行了研究。结果表明:(1)丙烯氨氧化反应的速率控制步骤是丙烯脱除α-H生成烯丙基中间物种,其吸收峰在1487cm-1;(2)催化剂表面上氨中间物种存在四种结合方式:(i)氨解离形成NH2中间物种(1553cm-1);(ii)Bronsted酸性位上形成NH4+中间物种(1659cm-1和1443cm-1);(iii)Lewis酸性位上形成配位氨中间物种(1257cm-1),它是由丙烯醛生成丙烯腈所需的氨物种;(iv)通过估算法初步确认催化剂表面上存在Mo=NH中间物种(1029cm-1),它是由丙烯直接生成丙烯腈所需的氨物种;(3)丙烯腈生成路线有两条:一是丙烯在钼亚氨物种作用下直接生成丙烯腈,反应机理模型为Grasselli模型;二是丙烯选择氧化生成的中间产物丙烯醛在配位氨物种作用下通过加成反应生成丙烯腈。以上结果不仅完善了丙烯氨氧化反应机理,而且对丙烯醛在反应过程中作用的认识更进了一步。

Cuβ催化剂上氧化羰基合成碳酸二甲酯的原位漫反射红外光谱研究

采用原位漫反射红外光谱法研究了Cuβ催化剂上氧化羰基合成碳酸二甲酯(DMC)的反应机理,考察了甲醇、一氧化碳和DMC的单独吸附及混合气吸附。结果表明,Cuβ催化剂上只存在一种活性位,位于六元环中;氧气能够氧化吸附态的甲醇产生甲氧基和水;DMC吸附在Cuβ催化剂上时,以羰基中的氧原子吸附在活性位上更加稳定;反应存在生成单甲氧基物种和双甲氧基物种两条路径,单甲氧基物种与CO反应生成单甲基碳酸盐物种(MMC),MMC再与甲氧基反应生成DMC;CO插入双甲氧基物种也可以得到DMC。在Cuβ催化剂上更倾向于进行CO插入双甲氧基物种这一路径。

泥质烃源岩中蒙皂石与有机质的水桥结合作用——来自原位漫反射红外光谱的证据

对济阳坳陷东营凹陷古近系渐新统沙河街组粘土矿物含量较高的烃源岩粉碎后,提取粒径小于2μm的粘土组分,运用原位漫反射红外光谱技术研究有机质与蒙皂石结合作用机制。当升温至250℃以上时,谱图显示水与羧基振动峰位置发生同步性对应变化,在400℃附近两峰同时消失。将每50℃间水和羧基振动峰面积的差值量作对比发现,在250℃以上温度段面积损失量具有明显的相关性。X-射线衍射结果显示,蒙皂石层间由于物质柱撑作用,d001衍射峰直到450℃才收缩至1.0 nm,表明含羧基有机分子主要通过氢键与蒙皂石层间水合阳离子相互作用,层间水分子作为"桥梁"将有机质和蒙皂石联结起来。由于"水桥"的联结作用,"水桥"水分子的脱附温度和所联结羧酸分子的分解温度均明显升高,在较高温度下水桥断裂,二者才从蒙皂石层间一同排出。泥质烃源岩中有机质-粘土相互作用机制——水桥机理及其排水滞后性特征,对源岩的生烃、排烃和油气的初次运移具有十分重要的影响。

褐煤中水分的原位漫反射红外光谱研究

采用漫反射红外光谱 ( DRIFT)法 ,以 1 4 0℃时褐煤的单光束图为背景研究了两种褐煤中的水分 .结果表明 ,褐煤中水分的含量与光谱图相应区域的积分面积呈线性关系 ;在计算煤中水分形成的氢键键能的基础上 ,讨论了水分与煤表面间的氢键相互作用 ;根据 DRIFT谱 ,将煤中的水分分为游离态的水与以弱氢键与煤表面结合的水和与煤形成强氢键的水 .低于 80℃时主要脱除前者 ,而高于 80℃则主要脱除后者 .

原位漫反射傅里叶变换红外光谱研究锰铁基催化剂上低温选择性催化还原反应机理(英文)

采用自蔓延燃烧法制备了Ti0.9Mn0.05Fe0.05O2-δ催化剂,运用原位漫反射傅里叶变换红外光谱对该催化剂的NO和NH3稳态吸附以及NO和NH3瞬态反应进行了详细地分析与讨论.结果表明,相比于Lewis酸性位,150 oC时Brnsted酸性位吸附的NH3更具有SCR活性;与双齿硝酸盐和桥式硝酸盐相比,NO吸附产生的单齿硝酸盐是主要的中间物种;该SCR反应遵循Eley-Rideal和Langmuir-Hinshelwood机理,但以后者为主.另外,O2的存在有利于NO的氧化和配位态NH3的活化.

原位漫反射红外光谱研究NO和NH_3在CuO/γ-Al_2O_3催化剂上的吸附行为

利用原位漫反射红外光谱法在线研究NH3和NO在CuO/γ-Al2O3催化剂表面吸附和氧化的反应过程。NH3不仅能被吸附在L酸位,也能被吸附在B酸位。NH3氧化脱氢形成NH2物种是反应的中间步骤。NO和NO2以多种形态吸附在催化剂表面。O2存在条件下有利于吸附的NO物种被氧化成高价的NO2。暂态实验中,吸附NH3饱和的催化剂载体通入NO和O2后,共价吸附的NH3首先消失,而NH+4没有参加反应。吸附NO饱和的催化剂载体通入NH3和O2后,吸附态NO特征峰基本没有变化。选择性催化还原反应发生在吸附态NH3和气态NO之间,吸附态的NO及其氧化生成的亚硝基和硝基物种不参与SCR反应。

基于近红外漫反射光谱的农田原位表层土壤含水量定量建模方法比较

在农田尺度下,土壤表层因理化性状、粗糙度、作物根系和秸秆残茬等引起的空间异质性较为明显,样点间含水量差别相对较小,这对基于近红外漫反射光谱技术的表层土壤含水量原位测定带来极大的挑战。本研究分别利用基于单一波长(1 200,1 400,1 450,1 820,1 940,2 000和2 250nm)反射率构建的指数衰减模型、基于归一化土壤湿度指数(NSMI)和相对吸收深度(RAD)构建的线性模型、基于土壤含水量高斯模型(SMGM)所得的拐点宽度(σ)、函数中心振幅(Rd)和高斯曲线面积(A)三个参数构建的线性或二次模型,以及基于波长区间反射率构建的偏最小二乘模型(PLS),对土壤体积含水量(VMC)进行定量分析。结果表明:(1)在单一波长反射率构建的所有指数衰减模型中,2 000nm波长显示出最佳验证效果,RMSEp最低(2.463),RPD最大(1.06);(2)与RAD相比,NSMI的验证精度更令人满意,R2(0.312)和RPD(1.224)更高,RMSEp(2.133)更低;(3)在SMGM模型参数以及PLS模型拟合VMC的验证结果中,Rd具有最佳拟合精度,其R2(0.253)和RPD(1.175)最高,RMSEp(2.222)最低;(4)总的来看,NSMI指标构建的线性模型是所有方法中精度最高的,而且计算过程简单,易于操作,可作为表层土壤含水量原位测定的首选方法。

原位漫反射红外光谱中采用新的实验手段研究煤岩显微组分中的氢键

首次提出采用小瓷片反应器 ,结合增大载气流量的方法进行产生挥发组分固体的原位漫反射红外光谱实验 ,研究了两种煤的镜质组和丝质组中的氢键分布及热稳定性 .两种显微组分间氢键分布的规律相似 ;镜质组中 SH—N、羧酸二聚体和自缔合羟基等的热稳定性比丝质组中的高 .但对 OH— N、羟基四聚体和OH— OR2 的热稳定性随煤岩组分的变化无明显规律 ;随着温度的升高 ,OH-π含量先升高后降低 ,于 3 5 0～3 80℃达最大值 ,其中镜质组 OH-π的含量增加较快 .

原位漫反射红外光谱研究升温速率对HMX炸药热分解过程的影响

原位红外光谱法是一种新兴的动态研究方法。该方法具有原位实时监控和红外光谱精确分析物质化学结构的优点,能够实时跟踪材料在不同温度下的化学变化,测定材料的微观结构与温度的关系。采用原位漫反射红外光谱研究了炸药1,3,5,7-四硝基-1,3,5,7-四氮杂环辛烷(HMX)分别在每min5,10,20和40℃四种不同升温速率下的热分解行为。研究结果表明:在5℃.min-1升温速率下,断裂的HMX环发生分子内结合,在10,20和40℃.min-1升温速率下,断裂的HMX发生分子间成环,形成稳定的八元环结构。随着温度的升高,C—N键的断裂数率远高于N—N键的断裂速率。随着升温速率的增加,C—N键的起始分解温度增加,表明增加升温速率会引起HMX分解的滞后。检测到HMX的分解所释放出CO2,N2O,CO,NO,HCHO,HONO,NO2和HCN共八种气体,升温速率的变化未改变HMX的分解机理。

原位漫反射红外光谱技术用于气固催化反应机理的研究

漫反射傅立叶变换红外光谱技术是一种对固体粉末样品进行直接测量的光谱方法,是近年来发展起来的一项较理想的原位表征技术。原位漫反射红外技术由于可直接对催化剂表面的吸附态物种给出红外信号,可方便地跟踪鉴定反应中间态和产物,从而为催化反应体系反应机理的考察给出直接的证据。本文对于原位漫反射红外技术用于低温水煤气变换反应和水气逆变换反应、醇类的水蒸气重整、含CO2的合成气制取甲醇、低碳烃制合成气、CO催化氧化以及其他烃类和含氧化合物的氧化等方面进行了综述,认为该技术可很好地剖析气固相催化反应机理。