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。

石墨烯基/半导体金属氧化物复合光催化剂制备工艺研究进展

光催化剂因其具有强氧化性、高化学稳定性、环保、无毒性等优点,广泛应用于污水处理、空气净化、疾病治疗、环境修复等领域。为改善纳米光催化剂的光响应范围,添加石墨烯基系列材料已成为国内外的研究热点。综述了石墨烯基材料与半导体金属氧化物复合光催化剂研究现状,总结了不同制备工艺对石墨烯基/半导体金属氧化物复合光催化剂形貌结构和光催化性能的影响,对各类制备工艺的优缺点进行了比较,并指出了相关工艺需要克服的关键技术问题,展望了石墨烯基/半导体金属氧化物复合光催化剂未来发展方向,以期为提高半导体金属氧化物的光催化性能和石墨烯基/半导体金属氧化物复合光催化剂制备工艺的优化提供参考。

碳材料/钙钛矿型复合氧化物双功能催化剂在金属-空气电池中应用研究进展

金属-空气电池具有能量密度高、安全性能好、成本低、无污染等优点,是一种很有前途的化学能源存储与转化器件,但其氧还原反应(ORR)和氧析出反应(OER)的动力学缓慢,且依赖于昂贵的贵金属催化剂(例如:Pt或Ir),这都阻碍了其可持续商业化的发展进程。钙钛矿型氧化物因其高的固有催化活性、丰富的种类、低成本和丰富的资源,近年来受到越来越多的关注,并有望成为替代贵金属催化剂的高效ORR和OER催化剂。由于钙钛矿氧化物的固有导电性较低,一般认为需要导电碳来增强钙钛矿电极内部的电子导电性,使钙钛矿的利用率最大化。综述了溶胶凝胶法、化学气相沉淀、水热法、静电纺丝法等碳材料负载钙钛矿型双功能催化剂的制备方法,总结了各制备方法的优缺点。阐述了钙钛矿/碳复合材料双功能催化剂在常见的三种金属-空气电池中的应用研究进展,提出了基于钙钛矿/碳复合材料的高效氧催化剂的合成和发展面临的挑战和未来的方向。

金属复合氧化物基燃烧催化剂在固体推进剂中的研究进展

为了阐明不同结构类型的金属复合氧化物及其复合材料作为燃烧催化剂时对固体推进剂含能组分的热分解催化性能,分别对尖晶石型、钙钛矿型、类钙钛矿型、碳材料基金属复合氧化物及金属元素掺杂的金属复合氧化物的催化活性进行总结。根据其结构及负载材料的不同,分析其对固体推进剂燃烧速率、压力指数及含能组分热分解峰温、放热量及表观活化能的影响,发现金属复合氧化物及其复合材料表现出比单一金属氧化物更为优异的催化活性。最后,指出了今后金属复合氧化物基燃烧催化剂在固体推进剂中的研究方向。

非金属催化剂在环氧化物和环状酸酐共聚中的研究进展

环氧化物与环状酸酐的开环共聚是一种新型的脂肪族聚酯合成技术,其技术核心之一是催化剂的选择与应用。与金属催化剂相比,非金属催化剂在简易性、低毒性、单体适应性、经济性等方面表现出潜在优势,得到迅速发展。针对非金属催化剂在环氧化物和环状酸酐共聚领域的研究进展进行了综述,总结并评述了近年来有机碱、Lewis酸碱对以及其他非金属催化剂在开环共聚反应中的工作机制认识和催化实施效果,对其发展方向和工业化应用潜力进行了展望。

二元复合氧化物载体在加氢脱硫催化剂中的应用进展

加氢脱硫技术对实现劣质油品清洁化、低碳化与多元化高效利用至关重要,其关键是高性能催化剂的开发,核心之一是适宜催化剂载体材料的创新。本工作分别总结了向Al_(2)O_(3)及TiO_(2)中引入第二组元后作为加氢脱硫催化剂载体的研究进展。第二组元氧化物的引入克服了Al_(2)O_(3)载体酸类型单一及商用催化剂金属与载体间相互作用过强等缺点,同时保持了较大的比表面积;第二组元氧化物能够有效提升TiO_(2)载体材料的热稳定性及比表面积的同时调节了载体材料表面酸性等。究其原因在于第二组元的引入可显著改变Al_(2)O_(3)或TiO_(2)表面羟基环境,进而促进了活性金属前驱体在载体表面的锚定和分散,有利于更多NiMo(W)S活性相的形成,提升了催化剂的加氢脱硫性能。

金属氧化物催化剂中氧空位的研究进展

氧空位是一种常见的金属氧化物晶格缺陷,在金属氧化物催化剂中起到了重要的作用,随着表征手段的不断进步,在近年来,研究者对氧空位的研究取得了飞速的进展。以氧空位的引入原理为线索,综述了金属氧化物催化剂中氧空位的引入方法及相关应用成果。同时综述了对氧空位的表征手段,并简述了作用机理。希望能系统的对研究人员的设计和改进催化剂提供方向和思路,并对催化作用的理解更加的深入,并对未来相关方向的研究进行了展望。

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.

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。

煤化工废水处理用复合金属氧化物催化剂的制备与性能研究

针对煤化工废水处理过程中面临的催化剂效果较差问题,在活性焦ACO上成功负载了Fe_(3)O_(4)和CuO金属氧化物;通过比表面分析,说明活性焦ACO及ACO@Fe_(3)O_(4)-CuO复合金属氧化物催化剂均为介孔结构,有利于吸附污染物并与氧化剂充分接触。评价结果表明,ACO@Fe_(3)O_(4)-CuO/PS体系具有宽泛的pH适应范围,pH=5时去除效果最好。复合金属氧化物催化剂投加量为0.l5 g·L^(-1)、PS浓度为2.4 mmo1·L^(-1)的条件下对苯二酚降解效果最好,降解率可达93%以上。XRD结果表明,反应前后催化剂的形貌和结构均无明显的变化,具有良好的稳定性和循环利用性。经ACO@Fe_(3)O_(4)-CuO/PS体系处理后,在30 min内,生化尾水中的COD去除率达到了53%。经过180 min的反应后,50%以上的总酚也得到了去除,对于模拟实际煤化工含酚废水有较好的适用性。

整体式钴基复合金属催化剂微波催化燃烧甲苯特性

以蜂窝状堇青石为载体,通过将钴与过渡金属铜锰铈复合,浸渍法制备系列整体式钴基复合金属催化剂,探究其在微波辐照下对典型VOCs—甲苯的催化活性.结果表明,甲苯进气浓度1000mg/m^(3),进气流速4L/min时,催化剂对甲苯的催化活性为CoCuCeOx>CoCuOx>CoCuMnCeOx>Co CuMnOx,CoCuCeOx对甲苯的T50=220℃、T90=295℃.表征可知,钴铜氧化物的复合使得催化剂表面颗粒态的CoOx、CuOx和Cu Co_(2)O_(4)尖晶石相互搭建形成有空隙的球状结构,而锰的加入不利于该球状结构生成.Cu^(2+)取代了一部分Co3O4尖晶石结构中的Co^(2+)形成Cu Co_(2)O_(4)尖晶石,CuCo_(2)O_(4)尖晶石中的Co-O和Cu-O键容易断裂,从而促进气态氧的吸附与活化,产生表面活性氧物种参与甲苯的氧化反应.Ce的加入会存在Ce^(3+)/Ce4+价态的转化,促使CoCuCeOx催化剂表面产生丰富的氧空位,进而作为活性中心促进甲苯的氧化降解.钴、铜、铈之间的复合改变了活性组分结构,提高了催化剂的吸波性能与催化活性,可应用于微波催化燃烧VOCs技术中.

基于NiZn层状双金属氢氧化物制备高效电催化CO_(2)还原的原子分散Ni-N-C催化剂

大气中CO_(2)浓度不断上升导致大量的环境问题,如冰川融化、温室效应、极端天气等,利用电化学方法将CO_(2)经还原反应(CO_(2)RR)转化为有价值的燃料或化学品是解决该问题的可行策略.由于CO_(2)具有稳定的化学键(C=O,806 kJ mol^(-1)),需设计具有优异活性和高选择性的催化剂.近年研究结果表明,过渡金属锚定在N掺杂碳载体上而制得的催化剂(M-N-C)具有较高的原子利用率、独特的活性金属中心电子结构以及存储量丰富,因而被认为是CO_(2)还原为CO的理想电催化剂.目前已经提出了多种方法来制备M-N-C催化剂,包括原子层沉积、基于金属-有机骨架的离子交换、基于载体修饰策略的吸附固化和受限热解.然而,这些方法存在制备过程繁琐或难以大规模生产的问题.同时,采用高温热解制备的M-N-C催化剂,金属活性位点易被其致密的结构包裹,难以完全暴露出来.但有效的活性位点对M-N-C的催化性能起着至关重要的作用,因此有必要研制一种简便、高效的方法来抑制金属原子聚集.超薄二维碳骨架已被证明可以缩短反应物的扩散路径并有利于暴露催化剂活性位点.本文将NiZn层状双金属氢氧化物(NiZn-LDHs)在多羟基化合物中进行剥离形成单层,同时通过控制单层NiZn-LDHs、多羟基化合物和三聚氰胺共同热解,宏量化制得Ni-N-C催化剂.X射线衍射(XRD)和透射电子显微镜(TEM)结果表明,在焙烧过程中,可通过改变单层NiZn-LDHs在多羟基化合物中的含量控制Ni-N-C材料中镍纳米颗粒的生成;焙烧过程中Zn挥发能使Ni-N-C材料形成更多中孔,增加碳骨架比表面积和孔径.中孔通道和碳基底超薄特性结合可以促进CO_(2)向内部活性位点扩散,增加反应物与活性位点的接触.XPS结果表明,Ni-N-C材料中Ni原子通过与N配位,锚定在超薄碳骨架上,且存在Niδ+中心(0<δ<2).X射线近边吸收和扩展X射线吸收精细结构分析表明,Ni-N-C-1中的Ni处于低价态(0<δ<2),这与XPS分析一致,且Ni为原子级分散;小波变换分析表明,Ni和N的配位数为3.9.利用H型电解池评估Ni-N-C材料电催化CO_(2)还原性能表明,Ni-N-C-1具有优异的CO_(2)还原活性,在-0.6至-1.0 V电位范围内,FE_(CO)都大于90%,且在-4.9 V时,FE_(CO)为95.2%,CO电流密度为24 mA cm^(-2);在-0.8 V电位,工作25 h后Ni-N-C-1的CO电流密度基本保持不变,说明Ni-N-C-1为稳定的CO_(2)RR催化剂.通过密度泛函理论计算研究了Ni-N-C材料电催化CO_(2)还原为CO的电化学演化历程,结果表明,该反应过程分四个步骤:CO_(2)吸附到单个Ni原子位点上;转移形成*COOH的质子/电子对;*COOH在释放H_(2)O的同时获得质子形成*CO;*CO从Ni位点解吸.相应步骤的吉布斯自由能分别为0.54,1.69,-0.99和-0.98 eV.Ni-N-C中Ni原子与配位N原子之间的强相互作用导致Ni原子的电子损失,Ni原子有0.85 e缺陷,周围的N原子有0.15 e堆积,这有利于CO_(2)的吸附.总之,本文采用单层NiZn-LDHs为金属源,开发了一种简便且可宏量化制备CO_(2)RR单原子催化剂的新方法.

铁铜双金属复合类Fenton催化剂的制备及用于处理阿莫西林模拟废水研究

针对粉末状类Fenton催化剂难以回收再利用的难题,采用煅烧法制备球形铁铜双金属复合催化剂,优化了催化剂制备条件(成分配比、煅烧条件和氮气流量),表征了催化剂的表面形态,考查了阿莫西林降解动力学,探讨了催化剂催化机理,并利用以该催化剂为核心的类Fenton催化体系处理阿莫西林模拟废水。反应在最优条件下阿莫西林去除率可达到99.9%。

活性碳负载纳米金属氧化物对AP热分解的催化性能

采用水热法制备了两种纳米金属氧化物(纳米CuO和纳米Fe_(2)O_(3)颗粒),将纳米CuO和纳米Fe_(2)O_(3)负载在活性碳上,制备成CuO@C、Fe_(2)O_(3)@C复合材料,并将其作为催化剂与高氯酸铵(AP)混合制备成混合物样品AP/CuO、AP/CuO@C、AP/Fe_(2)O_(3)、AP/Fe_(2)O_(3)@C;通过扫描电子显微镜(SEM)、差示扫描量热仪(DSC)、热重-微分热重分析(TG-DTG)和热重-红外光谱(TG-FTIR)联用等技术研究了4种催化剂对AP热分解的催化机理及分解动力学特性。结果表明,4种催化剂均将AP的两步分解反应催化为单放热峰,在5 K/min升温速率下,AP的分解峰温较纯AP分别提前90.1、73.4、65.4和69℃;AP/CuO@C分解主要气相产物有HCl、CO_(2)、N_(2)O、HNO_(3)和NO_(2),其中NO_(2)含量最高;AP/Fe_(2)O_(3)@C分解主要气相产物中CO_(2)含量显著提升,NO_(2)含量稍有降低。

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.

层状双金属氢氧化物衍生催化剂在CO_(2)加氢中应用的研究进展

CO_(2)加氢是合成高附加值化学品和液体燃料的重要途径,有助于减少对化石燃料的依赖并降低温室气体排放量。设计并开发高效、稳定的催化剂是CO_(2)加氢的关键点之一。层状双金属氢氧化物(LDHs)材料衍生的催化剂具有比表面积高、组成与结构易调控等特点,在CO_(2)加氢中具有良好的应用前景。总结了LDHs衍生催化剂用于CO_(2)加氢制烃类、醇类,以及CO和甲酸的研究进展,重点介绍了LDHs衍生催化剂的结构、组成与性能以及反应机理,并对目前存在的问题以及未来的发展进行了总结与展望。

不同金属氧化物对钴基费托合成催化剂性能的影响

本实验在六方纳米片状的Co_(3)O_(4)(NMS-Co)上分别负载了1%含量的ZrO_(2)、Al_(2)O_(3)和MnO_(2)三种金属氧化物,制备反相催化剂模型,研究金属氧化物对钴基催化剂费托合成性能的影响。通过H_(2)-TPD、CO-TPD以及催化剂性能评价结果发现,ZrO_(2)和Al_(2)O_(3)能够显著增加NMS-Co催化剂的活性位点,在相同转化率条件下,反应温度从230℃分别降低至170、180℃,重质烃生成速率分别提升2.5、2倍,CH_(4)选择性从37.8%分别降低至3.6%、12.0%。然而,MnO_(2)使得NMS-Co催化剂CO转化率仅从30.9%增加到45.5%,CH_(4)选择性降低至16.5%。

金属氧化物基生物炭复合材料在污水处理领域中的应用现状

生物炭是生物质在缺氧条件下热解产生的一种富含碳固体物质,特点为疏松多孔、比表面积大且表面富含酚羟基、羧基和氨基等多种官能团。同时,生物炭是一种廉价易得、性能优良的吸附材料,因其环境友好、来源广泛,在污水处理领域具有广泛应用。分析了生物炭对水中污染物的吸附机理,重点阐述了TiO_(2)、磁性氧化铁、MnO_(2)以及其他氧化物等金属氧化物基生物炭复合材料在污水处理领域中的应用现状、循环利用以及再生性能,最后展望了金属氧化物基生物炭复合材料的发展前景。

SCR脱硝金属氧化物催化剂研究进展

氮氧化物是大气主要污染物之一,选择性催化还原(SCR)是国内外工业锅炉(窑炉)烟气脱硝的主要技术途径。脱硝催化剂是SCR技术的核心,近几十年来为人们所关注和广泛研究。金属氧化物催化剂材料来源广泛,制备简单,脱硝效率稳定,在工业锅炉(窑炉)烟气脱硝中具有广阔的应用前景,因而成为人们研究关注的重点。本文基于SCR烟气脱硝理论现状,归纳了金属氧化物催化剂优化设计的关键与重要基础,同时,梳理了目前备受研究关注的钒基、锰基、铈基、铁基等四种典型金属氧化物催化剂的研究进展,系统介绍了不同氧化物催化剂的脱硝机理、本质特征、元素改良、结构和形貌设计,以及存在的问题等,并展望了今后金属氧化物催化剂研究的发展趋势,为今后工业锅炉(窑炉)烟气高效脱硝催化剂的研发提供参考借鉴。

锌锆复合氧化物担载镍基催化剂用于甲烷干重整反应

采用一锅共沉淀法制备氧化锌改性的锌锆复合氧化物担载的镍基催化剂并用于甲烷二氧化碳干重整反应;研究了氧化锌含量对催化反应性能的影响,并通过XRD、H_(2)-TPR、CO_(2)-TPD、BET、XPS、SEM等手段分析了催化剂的理化性质和形貌。对比没有氧化锌助剂的氧化锆担载镍基对照样品,氧化锌的加入促进了活性组分Ni的分散和还原,增加了催化剂表面活性位Ni^(0)的含量,增加了催化剂的碱性位点的数量。优化的Ni/30%ZnO-ZrO_(2)催化剂表现出良好的催化活性,甲烷的表观活化能从没有氧化锌促进剂的63.5 kJ·mol^(-1)降低至43.4 kJ·mol^(-1),二氧化碳的表观活化能也从35.1 kJ·mol^(-1)降低至23.5 kJ·mol^(-1)。在50小时稳定性考察中只观察到细微的性能变化。